電機噪聲的原因及降低電機噪聲分貝的方法研究

引言
隨著電機在 日常工作及家庭生活生產中的廣泛應用，電機噪聲已成為電機質量考核的一項重要技術指標，如何降低電機的噪聲，已經引起各電機科研機構和生產企業的高度關注，并成為重點解決的問題之一。根據電機噪聲產生方式的不同，可以將電機噪聲歸納為兩大類：電磁噪聲、機械噪 聲(包括 空氣動力 噪聲)。 由于電機 噪聲的形成以及對其進行控制是十分復雜的，本文僅就電機噪聲的分類、形成原因及抑制措施進行概要的分析 。

電機噪聲的分類及其產生的原因
電機 的振動和噪聲研 究十分復雜，涉及到電磁、能量轉換、機械振動、特殊物理聲學、電子學和數學等學科 。一般來說， 電機由于結構及機理的復雜，其噪聲研究比振動研究更為困難。因為噪聲涉及的是電機的整體作用， 而振動涉及到電機各個運動部件。電機噪聲主要有三大類。

一、電磁噪聲
電磁噪聲主要是由氣隙磁場作用于定子鐵芯的徑向分量所產生的。具體來源有 ：
(1) 定、轉子槽配合不當；
(2) 氣隙大小不夠 ；
(3) 斜極或斜槽不夠等等原 因。

二、機械噪聲
電機轉運部分 的摩擦、撞擊 、不平衡 以及結構共振形成機械噪聲。在電機的總體噪聲中，機械噪聲約占到5％。具體來源有：
(1) 轉子不平穩或轉軸彎曲引起轉子振動，同時使機座發生振動產生噪音；
(2) 機械加工不精確；
(3) 定、轉子 間氣隙不導致相擦 ；
(4) 新繞制的電機，相間絕緣紙或槽楔突出于槽口外與轉子相擦；
(5) 構件 (端罩 、風罩、出線盒蓋等 ) 振動 。

三、空氣動力學噪聲
產生這種噪聲的根本原因是電機通風系統中氣流壓力的局部迅速變化和隨時間的急劇脈動，以及通風氣流與電機風路管道 的摩擦。通常直接從氣流中輻射出去。主要包括 ：
(1) 旋轉噪聲。風扇高速旋轉時，空氣質點受到風葉周期性力的作用，產生壓力脈動，就產生了旋轉噪聲
(2) 渦流噪聲。在電機旋轉過程中，轉子表面上的突出物會影響氣流。由于粘滯力的作用，氣流 分裂成一系列分立的小渦流 ，這種渦流之間的分裂使 空氣擾動 ，形成壓縮與稀疏過程 ，從而產生噪聲。
(3) 笛聲。氣 流遇障礙物發生干擾時會產生單一頻率的笛聲，隨轉動部件和固定部件之間氣隙的減小而增強 。

降低 電機噪聲的措施
電機不同的噪聲是由不同部位 、不同零部件產生的，一般互不相關，因此可以分別研究，針對不同噪聲采取專門的降噪措施 。

 降低電磁噪聲的措施
1、選擇合適的定轉子槽配合
振動階數較低、幅值較大的力波對電機的振動和噪聲起主要作用 。當力波階數較大時，可以不予考慮；當力波階數較低，但是產生該力波的磁場諧波次數較大時，磁場幅值小，也可以不予考慮 。因此，從減小力波降低電機噪聲來考慮 ，總是希望力波階數高一點 。
這里主要考慮定轉子諧波磁場相互作用的力波階數小于 4 的情況，特別關注齒諧波磁場的作用 。本文以永磁無刷直流電動機為例說明定轉子槽的配合能降低電磁噪聲。在永磁無刷直流電動機中，磁極為表面貼磁式，轉子沒有齒槽，所以電機的齒諧波只有定子齒諧波。振動力波階數為：n =  ±V式中： 為主極磁場諧波次數， 為定子諧波次數 。

在永磁無刷直流電動機中，空載氣隙磁場的波形近似為一平頂波，與感應電機的氣隙磁密波形存在較大差別 。通過ANSYS有限元軟件，計算得到 6 極 36槽，6極32槽，6極15 槽三臺同規格電機的空載氣隙磁場。
 6 極 36 槽永磁電機主極磁場只含有奇數次諧波，6 極 32 槽和 6 極 15槽電機含有更密集的諧波次數 。這是由于整數槽電機每極對應的定子齒槽完全相同，而分數槽電機每極對應齒槽位置各不相同。對于分數槽電機：每極每相為偶數時 ，主極磁場既有奇數次又有偶數次諧波；每極每相為奇數時，主極磁場只有奇數次諧波[ 6]。由于分數槽電機相比整數槽電機有更多次數的諧波， 從而增加了電機的振動和噪聲。為減小 電機 的電磁噪聲，選擇合理 的極槽配合是很重要的。

2、定子斜槽 (斜極) 結構
定子斜槽或轉子斜極會造成徑向力波沿電機軸向上發生相位移， 使得沿軸 向平均徑向力降低，從而減小電機的振動和噪聲。

3、選擇合適的繞組結構
選擇合適的繞組節距和短距線圈可降低磁動勢波形中的諧波含量和力波幅值，三相繞組中不存在 3 次諧波， 起作用的主要是 5 次和 7 次諧波，要消除 5 次和 7 次諧波，一般選擇節距為整距的5 或 6 倍，2 極電機節距則為整距的 2 或 3 倍。

4、氣隙大小
適當地增大 可 以減小諧波磁場的幅值，從而減小電磁噪聲。同時提高制造精度可減少因定、轉子不同心造成的氣隙不均現象，使徑向力波的幅值降低，從而減小電磁噪聲 。

降低  機械噪聲 的措施
1、減小轉子機械不平衡產生的噪聲
轉子的不平衡量應盡可能減到最小，否則平衡精度就低 。平衡精度與電機的規格 、性質和使用條件有關 。例：船用電機顛簸性大 ，運行時間長 ，振動和噪聲要小，平衡精度要求較高 。轉子鐵芯的直徑與長度之比越大，離心力越大，平衡精度要高 。
針對上述內容，提出幾點有利 的工藝措施來提高轉子動平衡精度 ：1.轉子的加工必須保證滿足設計的對稱性和同軸度；2.軸料加工前要檢查，彎料要經過調直后才能加工；3. 如需校平衡，平衡塊加在風扇、平 衡環、繞組支持上 ，保證整體 的動平衡 。

2、降低軸承噪音的主要方法
(1) 注意軸承的選擇 。電機軸承在運轉過程當中，軸承的振動程度會隨軸承內徑的增加而增大，每增加5 mm的直徑，振動約增大1— 2 dB 。
(2) 對軸承適當加壓 。其目的是為了消除轉子的軸向間隙。
(3) 對于噪聲要求比較高的電機來說，就要選用低噪音軸承。

3、裝配和機械加工因素控制噪聲方法
(1) 在裝配軸承前 ，應對軸承進行清洗和消磁，裝配時宜采用熱脹法，并適量涂抹相應型號的潤滑脂
(2) 對定轉子、轉軸軸承檔和端蓋軸承室的精加工工序應設立質量控制點，實施重點控制，加工精度盡量靠近公差帶中間值

 降低 空氣動力學噪聲 的措施
(1) 風扇的設計 。 風葉采用奇數葉片，最好采用不等分的葉片間距；風葉采用后傾式，并用圓角過渡 。
(2) 風路的設計 。合理設計風路系統 ，降低空氣阻尼 ；改變風道方向時，采用大的半徑 ；風道截面積應逐漸變化 。
(3) 加裝消聲器或隔聲罩。

結論
電機的噪聲研究十分復雜 ，涉及了電磁 、機械振動、物理聲學 、數學等許多學科，并且電機本身結構的復雜性也加大了研究的困難。這里我們只是簡要地介紹了 電機各種噪聲產生的原因，并較為詳細的 總結了對這些噪聲的對應抑制措施。減少電磁力波和 電磁諧波，提高力波階數 ，同時保證機械加工精度和風扇設計的合理性 ，可以有效降低 電機噪聲和振動 。隨著社會 的進步和科學技術的發展，電機噪音研究及其降噪措施還待繼續研究。