永磁有刷直流電機(jī)振動與噪聲分析

關(guān)于永磁有刷直流電機(jī)振動與噪聲分析第1頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五車輛NVH涉及面非常廣車身發(fā)動機(jī)、變速器及動力系統(tǒng)底盤及懸架環(huán)境控制因素電器設(shè)備……在所有動態(tài)性能領(lǐng)域（NVH，安全碰撞，操控，燃油經(jīng)濟(jì)性等）中，NVH是涉及面最廣的領(lǐng)域。第2頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五永磁有刷直流電機(jī)在車輛上應(yīng)用EPS助力電機(jī)電動玻璃升降器高檔轎車的供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)各種風(fēng)扇雨刮噴水泵后視鏡······

第3頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五永磁有刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

有刷電機(jī)的定子上安裝有固定的主磁極和電刷，轉(zhuǎn)子上安裝有電樞繞組和換向器。直流電源的電能通過電刷和換向器進(jìn)入電樞繞組，產(chǎn)生電樞電流，電樞電流產(chǎn)生的磁場與主磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動負(fù)載。第4頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五電機(jī)振動、噪聲的分類和來源

第5頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五電機(jī)的機(jī)械噪聲

電機(jī)用軸承一般分為滾動軸承和滑動軸承兩類。滾動軸承的振動與滾珠的制造精度，潤滑條件，外圈固有頻率，轉(zhuǎn)速，負(fù)載，溫度等因素有關(guān)?；瑒虞S承的振動與滑動面的硬度，潤滑條件，軸承油膜穩(wěn)定性以及制造工藝有關(guān)。

具備電刷結(jié)構(gòu)的電機(jī)電刷與換向器（或滑環(huán)）的滑動接觸會產(chǎn)生振動和噪聲。

轉(zhuǎn)子的動不平衡是電機(jī)機(jī)械噪聲的主要噪聲源。因制作精度、安裝精度和磨損等原因形成的轉(zhuǎn)子不平衡會使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力擾動，從而激發(fā)結(jié)構(gòu)振動。第6頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五電機(jī)的空氣噪聲

空氣動力噪聲是由空氣流在空間移動過程中分子間相互碰撞作用或空氣流碰撞固態(tài)介質(zhì)而產(chǎn)生的噪聲。電機(jī)產(chǎn)生的空氣動力噪聲，主要是由于電機(jī)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)而帶動電機(jī)機(jī)身內(nèi)空氣做渦流運(yùn)動而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)脈動噪聲，聲源具有指向性，輻射聲功率與電機(jī)轉(zhuǎn)子帶動的氣流速度的六次方成正比。另外，電機(jī)工作機(jī)身溫度升高時，電機(jī)機(jī)身外的空氣會流入電機(jī)機(jī)身內(nèi)，由于流入空氣質(zhì)量或受熱量的不均勻，會產(chǎn)生脈動噪聲，這種噪聲聲源的輻射沒有指向特性，聲輻射功率與氣流速度的四次方成正比。電機(jī)中空氣動力噪聲的大小還與轉(zhuǎn)子的幾何形狀、轉(zhuǎn)子的表面粗糙度、轉(zhuǎn)子偏心量以及電機(jī)的工作速度有關(guān)系。第7頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五電機(jī)的電磁噪聲車用電機(jī)為12V小電機(jī)無散熱風(fēng)扇，不存在空氣動力噪聲；機(jī)身小巧輕薄，機(jī)械噪聲??；故電磁噪聲是此類電機(jī)最主要的噪聲。作用在電機(jī)定、轉(zhuǎn)子上的時變電磁力會激勵電機(jī)結(jié)構(gòu)，引起電磁振動，從而使電機(jī)輻射電磁噪聲。電機(jī)氣隙磁場存在于電機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的微小的空氣間隙中。氣隙磁場是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的中介，同時也在電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生徑向、切向電磁力。這些電磁力在把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的同時，也作用在定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，從而引發(fā)電機(jī)電磁振動。定子一般直接連接到電機(jī)外殼上，相比于轉(zhuǎn)子振動，定子振動較易引起外殼的結(jié)構(gòu)振動和噪聲。第8頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五永磁有刷直流電機(jī)的磁場與電磁力

有刷永磁直流電機(jī)的徑向氣隙磁場是一種周期性的旋轉(zhuǎn)磁場，這種旋轉(zhuǎn)磁場會作用在電機(jī)結(jié)構(gòu)上，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電磁力。

作用在永磁體的內(nèi)表面上的電磁力是一種周期性的旋轉(zhuǎn)壓力波（麥克斯韋應(yīng)力）。正是這種作用在電機(jī)結(jié)構(gòu)上的旋轉(zhuǎn)壓力波，引起電機(jī)結(jié)構(gòu)的振動，從而使電機(jī)輻射出電磁噪聲。

電磁激勵力的頻率為電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子齒數(shù)乘積的整數(shù)倍，引發(fā)電機(jī)振動和噪聲的電磁力主要作用在永磁體內(nèi)表面上。第9頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五轉(zhuǎn)子偏心與膠水對電機(jī)電磁振動和噪聲的影響

電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心距可改變定、轉(zhuǎn)子間的氣隙厚度，從而影響電機(jī)氣隙磁場，進(jìn)而改變電機(jī)電磁力的分布。轉(zhuǎn)子靜偏心加劇了永磁電機(jī)的電磁振動和噪聲，電機(jī)振動主要集中低于電機(jī)固有頻率的頻率范圍內(nèi)；與正常永磁電機(jī)相比，轉(zhuǎn)子偏心易在電機(jī)固有頻率范圍內(nèi)的增加輻射聲壓級。在永磁有刷電機(jī)中，環(huán)氧樹脂膠被人工涂布在永磁體和定子上，凝固后的膠水厚度很難保持均勻一致。這樣，較厚的膠體就像柔軟的彈簧，軟彈簧降低了電機(jī)結(jié)構(gòu)的剛度，從而導(dǎo)致了較低的模態(tài)固有頻率。膠體厚度是導(dǎo)致永磁電機(jī)出現(xiàn)噪聲分布不一致的關(guān)鍵參數(shù)。第10頁，共12頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期五小結(jié)

直流電機(jī)的噪聲主要是由于電磁影響、機(jī)械摩擦、空氣旋流或涌入而產(chǎn)生的，抑制由于電磁影響產(chǎn)生的噪聲重在設(shè)計時電樞繞組、極齒、齒槽和勵磁磁場分布的合理性，抑制由于機(jī)械摩擦產(chǎn)生的噪聲重在電機(jī)動靜平衡和摩擦接觸面的