電機噪聲產(chǎn)生的原因及減小噪音的設計方法

艾鳳杰

【摘 要】電機的出現(xiàn)是機械化的一個重要標志，一個國家電機、發(fā)動機水平都會成為衡量一個國家力量的關鍵因素，而隨著世界科學技術水平的快速提高，已經(jīng)研發(fā)出純電動汽車。而電動汽車的電機系統(tǒng)不同于普通燃油汽車，電動汽車的運行狀況決定了它專屬的電機，但是這種電機還存在著缺陷就是噪聲問題。為了能夠更好地體現(xiàn)電動汽車的環(huán)保性，本文會在幾個方面進行分析，給出電機產(chǎn)生噪音的原因以及解決方法。

【關鍵詞】電機；噪聲；純電動汽車；設計方法

隨著世界科技水平的發(fā)展，帶動了很多行業(yè)的快速發(fā)展，但也使得能源的消耗成為了一個大問題。如今能源危機不斷加大，人們保護環(huán)境的意識也在不斷提高。而伴隨著科技的發(fā)展，純電動汽車誕生并且在快速的更新完善，國家相關規(guī)定了純電動汽車的性能指標，其中最受人關注的就是純電動汽車的電機噪聲，如何改善這一方面的問題，如何優(yōu)化電動車內(nèi)外噪聲，也就成為了焦點。本文將從理論上分析電動汽車電機產(chǎn)生噪聲的原因，并通過研究給出相適應的設計方法和改進方案。

一、電機系統(tǒng)概況

和普通工業(yè)電機不同，純電動汽車的驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩工作范圍更加的廣泛，這種電機在穩(wěn)定運行的額定電流比較小，這也就說明它在滿額負載工作時會產(chǎn)生更大的扭矩。而恰恰電機系統(tǒng)的性能會嚴重影響到純電動汽車的動力、安全、經(jīng)濟性能以及噪聲振動等方面，所以我們分析研究找到引起這些因素的原因，并且完善優(yōu)化電機構造，確保它能夠有著比較寬的高效區(qū)、高的功率密度、高的轉(zhuǎn)矩密度、廣泛的調(diào)速范圍，其次還要要求它能夠有著優(yōu)秀的低速重載性能、可靠性、低噪聲污染等性能。而純電動汽車雖然在其他方面由于燃油汽車，但是在噪聲方面不能夠滿足用戶的要求，這也引起了人們的不滿和關注，所以分析電機產(chǎn)生噪聲的原因以及解決方法是十分必要的，這也是社會的趨勢所在。

二、噪聲產(chǎn)生原因分析

純電動汽車驅(qū)動電機因為需要頻繁的啟動、換擋、加速、減速、停車以及爬坡需要比較高的轉(zhuǎn)矩，而在高速平穩(wěn)行駛時需要比較小的轉(zhuǎn)矩、更加廣泛的調(diào)速范圍，所以對純電動車車驅(qū)動電機的性能要求是比較高的。而在特定的工作場所，尤其是高負荷、高轉(zhuǎn)速區(qū)間，會產(chǎn)生更大的噪聲，會嚴重影響用戶的乘車舒適度，還會產(chǎn)生不可避免的噪聲污染，通過對以往內(nèi)燃機汽車電機的研究方法對純電動汽車驅(qū)動電機進行要就分析，我們可以將純電動汽車驅(qū)動電機產(chǎn)生噪聲的原因分為以下幾個部分：

2.1 結構原因

2.1.1 軸承間隙

和普通工業(yè)電機相似，電機內(nèi)都裝配有相適合的軸承，我們一般成為電機軸承或者是馬達軸承，它的功能是支撐一根軸的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，引導軸的轉(zhuǎn)動減少軸與其他零件的摩擦，同時還要承受軸上空轉(zhuǎn)的部件。而由于加工精度或者是裝配過程的不準確從而導致軸承與軸承支座之間產(chǎn)生比較大的縫隙，而這個誤差在規(guī)定誤差范圍之外，導致軸在轉(zhuǎn)動時會振動，帶動軸承和軸承支座產(chǎn)生碰撞，從而導致噪聲。

2.1.2 電機轉(zhuǎn)子平衡性差

同于電機軸承，電機轉(zhuǎn)子也是一個轉(zhuǎn)動的零件，它是電機進行掃膛的部件，它的主要功能就是能夠?qū)崿F(xiàn)機械能和電能、電能和機械能之間的轉(zhuǎn)換。如果轉(zhuǎn)子的平衡性比較差的話會產(chǎn)生機械噪聲，這也是常見的一種原因。如果它的頻率和旋轉(zhuǎn)頻率相同的話，會產(chǎn)生低頻噪聲。但是如果由于裝配過程導致安裝不良，會使得定子、轉(zhuǎn)子的固有頻率同于其轉(zhuǎn)動頻率，這會導致比較大的機械噪聲。

2.1.3 其它零件因素

另外，除了以上兩個比較重要的因素外，磁鋼松動、脫落也會導致噪聲產(chǎn)生。由于電機外殼不符合要求，導致其他零部件不能夠與之進行合適的公差配合，導致電機內(nèi)部零件產(chǎn)生軸向移動或者徑向跳動，產(chǎn)生噪聲。最后，也可能是因為有刷電機轉(zhuǎn)向器表面氧化、燒壞、油漬、換向片松動等原因?qū)е略肼暎@些都是可通過改良零件加工工藝或者更換新的零件解決的。

2.2 電磁噪聲

純電動汽車產(chǎn)生噪聲的主要原因就是電磁噪聲，也是電機噪聲的主要成分。由于電機氣隙磁波在定子金屬齒上產(chǎn)生力的作用，從而引起隨時空不穩(wěn)定變化的徑向力以及切向磁力，使得電機外殼與定子金屬芯隨時變化產(chǎn)生周期性的振動，從而引起噪聲。我們更需要注意的是，當徑向電磁力波越接近電機定子固有頻率時，會產(chǎn)生更大的共振反應從而導致噪聲更大。其次就是開口槽、鐵芯飽和情況也會導致電機電磁噪聲的產(chǎn)生。一般情況下，電磁噪聲主要會發(fā)生在電機低速運轉(zhuǎn)區(qū)間，這些噪聲不但會影響到用戶的體驗，還會是能耗加大，加快電機壽命的損耗。

2.3 空氣動力噪聲

一般情況下，我們將電機空氣噪聲分為渦流噪聲和笛鳴噪聲兩個情況。渦流噪聲主要是因為轉(zhuǎn)子以及風扇的高速轉(zhuǎn)動導致冷空氣湍流在旋轉(zhuǎn)的零件表面交替出現(xiàn)從而引起的渦流，而這種現(xiàn)象的發(fā)生同時還會帶有很大的噪聲，這種噪聲的頻譜范圍是比較廣泛的，我們稱之為渦流噪聲。另一個笛鳴噪聲是因為空氣的快速壓縮，導致空氣快速流動，流動的氣體遇到電機內(nèi)部阻礙其流動的零件產(chǎn)生的噪聲。這些噪聲是不可避免的，因為電機內(nèi)部需要有轉(zhuǎn)動的零件，只要有轉(zhuǎn)動必定會引起空氣的流動或者旋轉(zhuǎn)，只有通過優(yōu)化改良才能減少這類噪聲。

三、降噪的設計方法

3.1 構造方面

定期檢查電機軸承、定子、轉(zhuǎn)子以及磁鋼等零部件，如有損壞需要及時修理或者更換。如果電機外殼不符合標準造成軸向跳動可以適當增加墊圈或者聯(lián)系廠家更換符合標準的電機外殼，另外定時清洗換向器表面，調(diào)整碳刷架。

3.2 技術方面

3.2.1 槽配合

選擇合適的槽配合，因為電磁力波的階次會受到定子、轉(zhuǎn)子槽數(shù)量的影響，也就是說不同槽配合的電機會產(chǎn)生不同階次的電磁力波，所以不同型號的電機要選擇合適的定子、轉(zhuǎn)子槽數(shù)，避開各零件固有振動頻率，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2.2 合適的繞組形式

選擇合適的繞組節(jié)距以及短距線圈能夠有效地降低磁動勢波形里面的諧波含量以及力波幅值。我們都熟知，三相繞組不包含三次諧波，其起主要作用的是五次、七次諧波，所以我們需要消除五次、七次諧波的影響，就要消除其本身，這是一般采用的繞組節(jié)距是整距的五倍或者六倍即可消除，二級電機繞組節(jié)距需要是整距的二倍或者三倍，其他的可以根據(jù)類似研究方法得到。

3.2.3 隔絕傳播路徑

對于純電動汽車驅(qū)動電機我們一般采用隔聲和隔振兩種方法，密封這種方法不適用于這類電機，而且技術繁瑣復雜，成本較高。主要是通過對電機進行相關處理達成降低噪聲的目的，使用散熱性能好、耐磨的金屬材料制造相適應的屏蔽裝置對電機進行優(yōu)化，減少電機內(nèi)部轉(zhuǎn)動零件與空氣的接觸，減少電機噪聲的傳播路徑，從而達到隔聲的目的。其次，還可以對電機進行懸置處理，在電機外壁添加阻尼板，實現(xiàn)隔振的效果。

四、結語

消除純電動汽車電機噪聲一項涉及多學科內(nèi)容極廣泛、復雜的研究項目，尤其在系統(tǒng)可靠性、可維修性及空氣性等方面，另外在電機構造、電機軸承、轉(zhuǎn)子動力等方面進行深入研究才是關鍵所在，而就現(xiàn)代的科技水平可以滿足這些課題的研究，這些定量計算不僅十分復雜還要保證數(shù)據(jù)的正確無誤，是保證電機能否可靠、平穩(wěn)、低噪聲運行的關鍵所在，這在機電設備的研發(fā)方面占有十分重要的地位。總之我們要站在世界前沿，研究開發(fā)先進的低噪聲純電動汽車驅(qū)動電機，為國家科技水平做出應有的貢獻。

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