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电机噪声的原因及降低电机噪声分贝的方法研究

作者:电机控制器、直驱电机、驱动电机一体机、电主轴来源:本站阅读次数:674【关闭本页

2021-03-15 08:49:20

电机噪声的原因及降低电机噪声分贝的方法研究

引言
随着电机在 日常工作及家庭生活生产中的广泛应用,电机噪声已成为电机质量考核的一项重要技术指标,如何降低电机的噪声,已经引起各电机科研机构和生产企业的高度关注,并成为重点解决的问题之一。根据电机噪声产生方式的不同,可以将电机噪声归纳为两大类:电磁噪声、机械噪 声(包括 空气动力 噪声)。 由于电机 噪声的形成以及对其进行控制是十分复杂的,本文仅就电机噪声的分类、形成原因及抑制措施进行概要的分析 。

电机噪声的分类及其产生的原因
电机 的振动和噪声研 究十分复杂,涉及到电磁、能量转换、机械振动、特殊物理声学、电子学和数学等学科 。一般来说, 电机由于结构及机理的复杂,其噪声研究比振动研究更为困难。因为噪声涉及的是电机的整体作用, 而振动涉及到电机各个运动部件。电机噪声主要有三大类。

一、电磁噪声
电磁噪声主要是由气隙磁场作用于定子铁芯的径向分量所产生的。具体来源有 :
(1) 定、转子槽配合不当;
(2) 气隙大小不够 ;
(3) 斜极或斜槽不够等等原 因。

二、机械噪声
电机转运部分 的摩擦、撞击 、不平衡 以及结构共振形成机械噪声。在电机的总体噪声中,机械噪声约占到5%。具体来源有:
(1) 转子不平稳或转轴弯曲引起转子振动,同时使机座发生振动产生噪音;
(2) 机械加工不精确;
(3) 定、转子 间气隙不导致相擦 ;
(4) 新绕制的电机,相间绝缘纸或槽楔突出于槽口外与转子相擦;
(5) 构件 (端罩 、风罩、出线盒盖等 ) 振动 。

三、空气动力学噪声
产生这种噪声的根本原因是电机通风系统中气流压力的局部迅速变化和随时间的急剧脉动,以及通风气流与电机风路管道 的摩擦。通常直接从气流中辐射出去。主要包括 :
(1) 旋转噪声。风扇高速旋转时,空气质点受到风叶周期性力的作用,产生压力脉动,就产生了旋转噪声
(2) 涡流噪声。在电机旋转过程中,转子表面上的突出物会影响气流。由于粘滞力的作用,气流 分裂成一系列分立的小涡流 ,这种涡流之间的分裂使 空气扰动 ,形成压缩与稀疏过程 ,从而产生噪声。
(3) 笛声。气 流遇障碍物发生干扰时会产生单一频率的笛声,随转动部件和固定部件之间气隙的减小而增强 。

降低 电机噪声的措施
电机不同的噪声是由不同部位 、不同零部件产生的,一般互不相关,因此可以分别研究,针对不同噪声采取专门的降噪措施 。

 降低电磁噪声的措施
1、选择合适的定转子槽配合
振动阶数较低、幅值较大的力波对电机的振动和噪声起主要作用 。当力波阶数较大时,可以不予考虑;当力波阶数较低,但是产生该力波的磁场谐波次数较大时,磁场幅值小,也可以不予考虑 。因此,从减小力波降低电机噪声来考虑 ,总是希望力波阶数高一点 。
这里主要考虑定转子谐波磁场相互作用的力波阶数小于 4 的情况,特别关注齿谐波磁场的作用 。本文以永磁无刷直流电动机为例说明定转子槽的配合能降低电磁噪声。在永磁无刷直流电动机中,磁极为表面贴磁式,转子没有齿槽,所以电机的齿谐波只有定子齿谐波。振动力波阶数为:n =  ±V式中: 为主极磁场谐波次数, 为定子谐波次数 。

在永磁无刷直流电动机中,空载气隙磁场的波形近似为一平顶波,与感应电机的气隙磁密波形存在较大差别 。通过ANSYS有限元软件,计算得到 6 极 36槽,6极32槽,6极15 槽三台同规格电机的空载气隙磁场。
 6 极 36 槽永磁电机主极磁场只含有奇数次谐波,6 极 32 槽和 6 极 15槽电机含有更密集的谐波次数 。这是由于整数槽电机每极对应的定子齿槽完全相同,而分数槽电机每极对应齿槽位置各不相同。对于分数槽电机:每极每相为偶数时 ,主极磁场既有奇数次又有偶数次谐波;每极每相为奇数时,主极磁场只有奇数次谐波[ 6]。由于分数槽电机相比整数槽电机有更多次数的谐波, 从而增加了电机的振动和噪声。为减小 电机 的电磁噪声,选择合理 的极槽配合是很重要的。

2、定子斜槽 (斜极) 结构
定子斜槽或转子斜极会造成径向力波沿电机轴向上发生相位移, 使得沿轴 向平均径向力降低,从而减小电机的振动和噪声。

3、选择合适的绕组结构
选择合适的绕组节距和短距线圈可降低磁动势波形中的谐波含量和力波幅值,三相绕组中不存在 3 次谐波, 起作用的主要是 5 次和 7 次谐波,要消除 5 次和 7 次谐波,一般选择节距为整距的5 或 6 倍,2 极电机节距则为整距的 2 或 3 倍。

4、气隙大小
适当地增大 可 以减小谐波磁场的幅值,从而减小电磁噪声。同时提高制造精度可减少因定、转子不同心造成的气隙不均现象,使径向力波的幅值降低,从而减小电磁噪声 。

降低  机械噪声 的措施
1、减小转子机械不平衡产生的噪声
转子的不平衡量应尽可能减到最小,否则平衡精度就低 。平衡精度与电机的规格 、性质和使用条件有关 。例:船用电机颠簸性大 ,运行时间长 ,振动和噪声要小,平衡精度要求较高 。转子铁芯的直径与长度之比越大,离心力越大,平衡精度要高 。
针对上述内容,提出几点有利 的工艺措施来提高转子动平衡精度 :1.转子的加工必须保证满足设计的对称性和同轴度;2.轴料加工前要检查,弯料要经过调直后才能加工;3. 如需校平衡,平衡块加在风扇、平 衡环、绕组支持上 ,保证整体 的动平衡 。

2、降低轴承噪音的主要方法
(1) 注意轴承的选择 。电机轴承在运转过程当中,轴承的振动程度会随轴承内径的增加而增大,每增加5 mm的直径,振动约增大1— 2 dB 。
(2) 对轴承适当加压 。其目的是为了消除转子的轴向间隙。
(3) 对于噪声要求比较高的电机来说,就要选用低噪音轴承。

3、装配和机械加工因素控制噪声方法
(1) 在装配轴承前 ,应对轴承进行清洗和消磁,装配时宜采用热胀法,并适量涂抹相应型号的润滑脂
(2) 对定转子、转轴轴承档和端盖轴承室的精加工工序应设立质量控制点,实施重点控制,加工精度尽量靠近公差带中间值

 降低 空气动力学噪声 的措施
(1) 风扇的设计 。 风叶采用奇数叶片,最好采用不等分的叶片间距;风叶采用后倾式,并用圆角过渡 。
(2) 风路的设计 。合理设计风路系统 ,降低空气阻尼 ;改变风道方向时,采用大的半径 ;风道截面积应逐渐变化 。
(3) 加装消声器或隔声罩。

结论
电机的噪声研究十分复杂 ,涉及了电磁 、机械振动、物理声学 、数学等许多学科,并且电机本身结构的复杂性也加大了研究的困难。这里我们只是简要地介绍了 电机各种噪声产生的原因,并较为详细的 总结了对这些噪声的对应抑制措施。减少电磁力波和 电磁谐波,提高力波阶数 ,同时保证机械加工精度和风扇设计的合理性 ,可以有效降低 电机噪声和振动 。随着社会 的进步和科学技术的发展,电机噪音研究及其降噪措施还待继续研究。

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