廣告
新能源電動壓縮機NVH和殼體結構的相關性
2020-10-09 14:16:32· 來源：汽車熱管理之家 作者：張恩祖
摘要：本文重點討論的是新能源汽車空調系統(tǒng)的核心部件電動渦旋壓縮機的NVH性能與殼體結構的相關性，探討始何優(yōu)化殼體結構改善壓縮機的NVH性能。前言隨著國家對新
摘要：本文重點討論的是新能源汽車空調系統(tǒng)的核心部件——電動渦旋壓縮機的NVH性能與殼體結構的相關性，探討始何優(yōu)化殼體結構改善壓縮機的NVH性能。
前言
隨著國家對新能源汽車的重視，新能源汽車在國內得到了長足的發(fā)展。同時與其相關的零部件也得到了良好的發(fā)展。但是隨著競爭的加劇和國家對新能源車的要求提高，新能源汽車的零部件也需要跟上發(fā)展的步伐。本文討論的電動渦旋壓縮機是新能源車中舒適性要求的最核心功能件。而舒適性要求中最難解決和最直接的感受就是NVH。這也是長期困擾業(yè)界的難點之一。
1 電動渦旋壓縮機主要結構及NVH的影響因素
電動渦旋壓縮機NVH的影響因素極多，常見的有渦旋結構問題，整機配重問題，制造精度問題，電機設計問題，驅動器的問題，壓縮機殼體設計問題等。而壓縮機的殼體設計問題業(yè)界普遍關心較少。這主要是因為國內殼體的設計多數(shù)參考國外的一些同類型產(chǎn)品。而殼體與汽車連接部份又主要取決于主機廠。國內壓縮機的殼體外形可設計的自由度相對較少。當然也有部份企業(yè)還未研究到這一步也是導致目前在行業(yè)內未形成殼體設計與NVH相關性研究的原因之一。
電動渦旋壓縮機殼體與壓縮機其它部件的關系如下，此結構是典型的電動渦旋壓縮機結構，因此不再對具體的結構原理作描述。
圖1
如上圖所示，壓縮機的殼體共有三部份組成：排氣殼體（主要是組成壓縮機排氣通道及接口），機體殼體（主要是組成壓縮機的渦盤、渦盤支承座、電機等核心部件的外殼結構），驅動器殼體（主要是形成電器的驅動器以及對外高壓、通信接口的外殼結構）。下文將針對這3個關鍵部分進行展開分析。
2 排氣殼體與NVH的關系
排氣殼體是壓縮機高壓氣體排出的主要通道結構，在NVH中體現(xiàn)為排氣脈動、氣流嘯叫等，為了進一步的優(yōu)化其NVH性能，從以下幾個方面進行優(yōu)化，經(jīng)過幾處優(yōu)化后可明顯提高其壓縮機的NVH性能。
2.1 排氣殼體中渦盤體排出氣體緩沖腔
緩沖需要具備足夠的容積，以保證氣體具有足夠的緩沖空間對渦旋體排出的氣體進行緩沖并均勻排出，使排氣脈動平穩(wěn)，排氣NVH優(yōu)秀。在設計時應盡可能的保持渦盤排出口正對位置具有較大的空間，使渦盤體噴出的高壓、高速氣體能得到緩沖降噪。一般設計時其渦盤排出口與殼體內壁距離大于渦盤體排出口直徑的2倍以上。渦盤體緩沖腔的容積一般按渦盤體的排量（每轉排量）10倍以上進行設計。當然為了避免氣體的頻率放大。一般都會將容積腔的形狀做一些非對稱、非規(guī)則（如整圓形或方形等規(guī)則形狀）的改變，也會將容積量與渦盤體排量做非整數(shù)倍的設計。
2.2 排氣殼體中排氣口直徑設計
這時所述的壓縮機排氣口指的不是與汽車空調管連接的排氣口直徑，而是指的是壓縮機排氣殼體向外排出的最小口徑處的直徑。該排氣口直徑如果設計過大，不但不利于壓縮機的油氣分離。同時也不利于壓縮機的排氣脈動。一般將其排氣直徑小于渦盤體的排氣口直徑，以利于渦盤體排出氣體在排出殼體的緩沖腔內充分平穩(wěn)壓力及紊流狀態(tài)。
2.3 排氣殼體的強度及其它影響NVH的因素
排氣殼體作為本壓縮機中氣體壓力最高的部件，其必須具備足夠的強度。同時足夠的強度也是保證NVH的首要條件之一。影響排氣殼體NVH還有其它細節(jié)，如在氣體通過地方應盡可能避免有尖角或單個突出部份的設計等。
設計優(yōu)化實例如下：
圖2
3 驅動器殼體與NVH的關系
驅動殼體的設計要盡可能降低驅動電機的振動以及驅動器運行電磁聲，為此將驅動器殼體從以下幾個方面進行優(yōu)化設計從而提高壓縮機的NVH性能。
3.1 驅動器殼體的形狀
驅動器殼體形狀是影響整這一區(qū)域NVH最主要的原因，也是最容易忽略的因素。因為此殼體對強度沒有要求，且面積大，要求的空間也大，容易被設計成一個溥壁的殼件，形成一個類同于音箱一樣的空腔，這樣的空腔易對驅動器的NVH以及電機的NVH形成放大效應。使得壓縮機的整體NVH增高。一般在此殼體的內外均有意設計一些加強筋、凹凸點等，以避免形成音箱效應，在設計允許的情況下，將殼體設計成異形是最佳的選擇。如下例：
圖3
3.2 驅動器殼與機體外殼之間的聯(lián)接
為了保證驅動器殼與機體外殼之間的密封，一般都采用橡膠件進行密封。而橡膠件隔離了兩個殼體，也就是說驅動器殼容易懸空形成振動源。為了避免這種情況，在設計除考慮殼體間的密封外，還需要考慮兩殼體之間聯(lián)接穩(wěn)定性的問題。
4 機體殼體與NVH的關系
機體部份是壓縮機低頻噪音的主要來源點，也是壓縮機進氣通道以及電機裝配的主要結構，此部份設計主要是降低電機的振動、減小氣流的嘯叫等，應從以下幾個方面進行優(yōu)化設計：
4.1 渦盤體部分的機體殼體部份
渦盤是壓縮機的氣體壓縮機完成體，是壓縮機功能的主體，也是壓縮機低頻振動源主要發(fā)生點。針對這一部份，我們考慮最多的是強度和功能實現(xiàn)。很容易忽略NVH的形成點。在此部份設計時，要保證殼體臺階過渡的平緩性。殼體形狀的突變點容易使NVH放大并對強度產(chǎn)生影響。同時也要盡可能的減小此部位的空腔部位防止形成音箱效應。
圖4
圖5
4.2 電動機部份的機體殼體部位
此部份是壓縮機重量最重的部份，同時也是高頻振動源發(fā)生的主要發(fā)生點。同理，針對此部份除強度外。與電動機配合部位的設計也非常重要。電機在運行過程中，受到驅動器的驅動頻率影響，電機極對數(shù)的影響。電機軸承等諸多因素。所以此部位的設計非常關鍵，是我們NVH設計的最關鍵部位。a.與電機的配合設計：應盡可能的加大電機的外圓與殼體配合面積。配合面積越大，越容易抑制電機產(chǎn)生的振動放大。b.電機外圍吸氣通道的設計：電機的長度較長，設計時容易設計成細長的通道，給吸氣造成阻力的同時，更易使吸氣產(chǎn)生較大的脈動和嘯叫。所以吸氣通道要盡可能設計得大，通暢。但此項又同電機的配合面積形成沖突，所以需要綜合評判或另取設計方法。此外，在設計吸氣通道時會有意的設計部份凹凸形狀也是為了避免形成音箱效應的主要技巧。c.部份電機為了得到更大的效率，會在電機的外圓上增加各種形狀的隔磁槽。在遇到此類電機時，應盡可能將吸氣通道與隔磁槽對正。一方面可避免隔磁槽與殼體之間形成細小通道，形成氣體的嘯叫。同時避免磁場的突變在此處形成共振或產(chǎn)生放大效應。d.壁厚的均勻性設計，壓縮機的此處部份正好是低壓區(qū)同渦盤體區(qū)域的連接部位，易設計成壁厚不同的區(qū)域。而經(jīng)過實踐證明，渦盤體是主要的低頻振動源，電機是主要的高頻振動源，電機轉子也同樣是振動源之一。故此處的壓縮機強度要求基本是一致的。設計需將壁厚設計均勻。在變化處也應盡量圓滑過渡。（圖5）
4.3 驅動器部份的機體殼體部位
此部位大部份的要求同驅動器殼體相同。需要在面積較大的面上設計不同的凹凸點來達到消音作用，避免音箱效應。此外還需要注意在殼體形成驅動器保護的四周邊上適當?shù)脑O置加強筋來避免音箱效應。如果設計允許時盡可能將形狀設計為異形更佳。此部位的壁厚可適當?shù)臏p?。ㄔO計時可參照驅動器殼體壁厚進行設計）。此原理類同于3.1條。
4.4 壓縮機吸氣口部份的機體殼體部位
此部位的設計相對比較簡單，一般主機廠對吸氣口都具有較為細節(jié)的要求。我們在設計時需盡可能的加大吸氣口的直徑通道。同時在電機尾部吸氣通道側也需要設置一個吸氣緩沖腔。其吸氣緩沖腔的容積一般在其壓縮機每轉排量的3倍以上。
圖6
4.5 轉子軸承部份的機體殼體部位
此部份除強度的考量之外。對NVH最重要的是避免軸承有雜質或缺油損壞造成異響或振動。所以在設計時重點考慮軸承進油口的位置。在壓縮機軸向方向，進油孔應盡可能靠近壓縮機壁以便于殼體壁上的油液盡可能多的進到軸承。也可以在殼體壁上設置檔油筋及導油槽進行加強。在壓縮機的徑向方向，進油孔應盡可能避免與進氣口對正，以避免壓縮機帶雜質的氣體直接進入軸承，造成NVH不良。
圖7
5 結論
本文通過電動渦旋壓縮機的三大殼體的結構分析總結了與NVH優(yōu)化的相關性，當然NVH與殼體上的安裝腳位置也有一定的關系。但很多主機廠的安裝腳位無法更改，當出現(xiàn)安裝腳位引起NVH超差是時，可以通過更改安裝腳的結構形式或是增減重量的方法進行改進。NVH是一個系統(tǒng)的、復雜的課題，我們在分析時首先要找到主因，如分析出是電機的聲音還是氣流的聲音，或是共振造成。找到主因后再針對零部件進行優(yōu)化。本文主要針對壓縮機殼體給大家提供一個參考的方向。殼體的優(yōu)化還可以結合頻譜等進一步的研究，以得到更加細致的結論。
作者：張恩祖
上海光裕汽車空調壓縮機有限公司
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
“汽車爬坡試驗方法”將有國家標準
2026-03-03 12:44
-
十年耐久監(jiān)管時代：電池系統(tǒng)開發(fā)策略將如何
2026-03-03 12:44
-
聯(lián)合國法規(guī)R59對機動車備用消聲系統(tǒng)的工程
2026-03-03 12:08
-
聯(lián)合國法規(guī)R58對后下部防護裝置的工程化約
2026-03-03 12:07
-
聯(lián)合國法規(guī)R57對摩托車前照燈配光性能的工
2026-03-03 12:07
