总结电机噪声产生的原因及减小噪音的设计流程

田丽丽

（湘潭电机股份有限公司，湖南 湘潭411101）

噪声为电机关键性能指标之一，导致电机产生噪声的原因有很多，但主要是电磁和通风。不同类型的电机噪声有着不同的产生原因，需在掌握成因的基础上，在设计上采取有效措施来减小噪声。

1 电机电磁噪声产生原因与减噪设计

电磁噪声为电机噪声重要来源，尤其是多极数电机，电磁噪声更加突出。通常这种噪声伴随电机功率的不断增加而变大，同时这也是电机负载过程中噪声明显增大的原因。这种噪声和电机自身电磁设计参数有着十分密切的关系，如设计不当，将使噪声表现得极为明显，甚至超过其它类型的噪声。基于此，必须加强对电磁噪声的研究，以探究有效的减噪措施。

1.1 电磁噪声产生原因

电机运行过程中，气隙当中不仅存在基波，还有谐波磁场，彼此相互作用，在产生切向力的基础上，产生电磁力波。当定转子受到这些力波持续作用时，将出现径向变形，而且呈周期性。因转子铁心有很大的刚度，所以不会产生太大振动，通常情况下只需考虑定子铁心和它传递至机座部位的振动。这种振动一旦产生将导致周围的空气发生脉动，进而产生噪声。

1.2 减噪设计

电磁噪声和声辐射特性、径向力与动态响应几个因素有关，为减小这种噪声，可从下列方面着手：

1.2.1 槽配合：它对电磁噪声有很大影响，在减噪设计过程中，定转子槽数会对电磁力波自身阶次带来很大的影响，即不同槽配合会产生阶次各异的力波。对于电磁力波，其频率与阶数可采用以下公式表达：

1.2.2 转子斜槽：通过斜槽的使用能很好的减弱电磁噪声，而且这对电机性能带来的影响也是最小的。然而，在使用斜槽之后，因径向力将沿着轴向长度方向产生一定扭转力矩，致使铁心发生扭转振动，进而产生很大的噪声。该振动一般不会出现在小型电机当中，而在大型电机却很常见，必须在设计过程中引起重视。为有效解决这一问题，需使用分成两段的斜槽，按照人字形结构布置，在中间处设置短路环。通过这样的设计，可以有效降低扭转振动[2]。

1.2.3 绕组型式：使用适宜的绕组节距及短距线圈能有效降低力波幅值与谐波含量。在三相绕组当中，没有三次谐波，起到主要作用的为五次谐波与七次谐波。想要消除这两种谐波，通常节距要达到整距五倍或者六倍，而二极电机的节距要达到整距两倍或者三倍[3]。

1.2.4 磁密：减小气隙的磁通密度也能有效降低噪声。由于径向力和气隙磁密之间为正比关系，振动幅值和径向力同样为正比关系，所以声功率和振动幅值之间也保持正比关系，基于此，如果磁密度从B1改变成B2，则声功率级具体变化值可以按照下列公式进行估算：

如果轭部与齿部的磁密相对较高，将导致磁路达到饱和，使主磁场的波形变为平顶状，在这种波形条件下，会出现低阶力波，其阶数和电机极对数存在一定关联。在出现了这种情况以后，会有可能出现一阶力波与二阶力波，导致电磁噪声明显增加。基于此，为降低这种噪声，需要采取措施减小磁密[4]。

1.2.5 气隙大小：增大一定的气隙能有效降低磁场幅值，进而起到降低噪声的作用。在此基础上进一步提高制造的精度还能避免气隙不均的发生。电机电磁噪声和气隙长度之间的关系如下：

2 电机通风噪声产生原因与减噪设计

电机的通风噪声主要由转子旋转引起，包括三种类型，即旋转、涡流与共鸣。

2.1 通风噪声产生原因

2.1.1 旋转噪声产生原因：在风扇以较高的速度持续旋转过程中，由于空气质点会受到呈周期性的风叶作用，所以会产生一定压力脉动，进而产生较大的旋转噪声，噪声频率为叶片单位时间打击质点的总次数，可表示为：

式（7）中，Zb=1,2,3,··；Zb表示叶片数；n 表示风扇转速，单位：r/min。

2.1.2 涡流噪声产生原因：其产生原因为风扇旋转过程中所产生的气流被障碍物阻挡，导致风路截面产生剧烈的变化，或气流的发生突然发生转变，最终导致涡流产生，进而引起噪声[5]。

2.1.3 笛声产生原因：如果气流遇到干扰，将产生频率保持单一的笛声，较为常见的干扰包括：风道干扰，定转子铁心大多设有径向通风道，而且在轴向上保持对齐。因通风道当中设有间隔片，所以转子旋转时间隔片一会对齐一会错开，导致压力波动，它的频率主要和槽数与转速两个因素有关。转子导条和定子绕组之间产生干扰。另外，风扇叶片和机座散热筋之间也有干扰，当风扇叶片和散热筋之间的距离相对较近时，会在风道的入口部位出现一定压力脉动，这种压力脉动是引起笛声的必要因素。对笛声而言，其声谱具有在频率处产生峰值的特点。

2.2 减噪设计

2.2.1 合理设计风量：当风量增加时，产生的噪声就越大。从相关资料中可以看出，如果风量减小30%，则能减小6dB 左右的通风噪声。基于此，冷却风量在达到避免温升超限的要求即可。

2.2.2 合理选择风扇：风扇类型多种多样。根据相关研究成果，当风量完全相同时，大刀式风扇的噪声大于盆式风扇。对于大刀式风扇，还可分成径向与后倾两种，相比之下，后者的噪声更小。而对于盆式风扇，同样能分为径向与后倾两种，相比之下，在后倾角为30°的条件下，其噪声比径向盆式风扇小2.3dB 左右，而在后倾角为45°的条件下，其噪声比径向盆式风扇小3dB 左右。基于此，设计过程中，应保证所选风扇类型的合理性，以此减少或避免噪声的产生。

2.2.3 合理设计风路：电机的整个风路都要细心的设计，使风路始终保持畅通。对于迎风障碍物，需设计成流线型，以免防止急剧转向导致噪声变大。另外，如果风扇的外缘和风罩之间的间隙相对较小，将产生很大的哨音。基于此，在设计过程中必须对风路系统进行合理设计。

结束语

综上所述，对电机而言，其噪声水平是对电机整体质量进行衡量的关键指标，也是对电机运行及市场竞争造成直接影响的重要因素，所以在电机设计中应对噪声限值进行综合考虑，通过合理的设计使噪声处在允许范围内。