電機(jī)中的噪聲是如何來(lái)的

電機(jī)噪聲主要來(lái)自三個(gè)方面，即空氣噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲，但有時(shí)也會(huì)將電路內(nèi)部噪聲列入噪聲源之一。電路內(nèi)部噪聲主要來(lái)自電路自勵(lì)、電源哼聲以及電路元件中的電子流起伏變化和自由電子的熱運(yùn)動(dòng)。

1.空氣噪聲

空氣噪聲主要由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，使空氣流動(dòng)、撞擊、摩擦而產(chǎn)生。噪聲大小決定于風(fēng)扇大小、形狀、電機(jī)轉(zhuǎn)速高低和風(fēng)阻風(fēng)路等情況。

空氣噪聲的基本頻率

其中，N——風(fēng)扇葉片數(shù);n——電機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM)。

風(fēng)扇直徑越大，噪聲越大，減小風(fēng)扇直徑10%，可以減小噪聲2—3dB。但隨之冷量也會(huì)減少。當(dāng)風(fēng)葉邊緣與通風(fēng)室的間隙過(guò)小，就會(huì)產(chǎn)生笛聲(似吹笛聲)。如果風(fēng)葉形狀與風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)不合理，造成渦流，同樣也會(huì)產(chǎn)生噪聲。由于風(fēng)扇剛度不夠，受氣流撞擊時(shí)發(fā)生振動(dòng)，也會(huì)增加噪聲。此外，轉(zhuǎn)于有凸出部分，也會(huì)引起噪聲。

針對(duì)以上產(chǎn)生空氣噪聲的原因，則下列措施有助于減小空氣噪聲：

（1）合理地設(shè)計(jì)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和風(fēng)葉形狀，避免產(chǎn)生渦流;保證風(fēng)葉邊緣與通風(fēng)室有足夠的間隙，在許可情況下，盡量縮小風(fēng)扇直徑;

（2）在許可情況下，將氣流轉(zhuǎn)向后再吹(吸)出，可明顯降低噪聲，此在吸塵器中已有采用;

（3）保證風(fēng)路通暢，減小空氣的撞擊和摩擦。

如果從聲源方面還不能控制通風(fēng)噪聲時(shí)，就要采用隔聲或用消聲的方法，還可以在定子徑向風(fēng)道口附近防置吸聲材料。最簡(jiǎn)單也是最有效的隔聲方法是用鋼板、木板或塑料板制成的隔聲罩，把整個(gè)電機(jī)包圍起來(lái)，可降低噪聲20分貝左右，當(dāng)然這對(duì)整體散熱是不利的，而且所占用的空間也比較大。

風(fēng)葉的兜風(fēng)角度對(duì)噪音影響較大，角度加大5到10度噪音可減少1到2db。

2.機(jī)械噪聲

空氣噪聲主要由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，使空氣流動(dòng)、撞擊、摩擦而產(chǎn)生。噪聲大小決定于風(fēng)扇大小、形狀、電機(jī)轉(zhuǎn)速高低和風(fēng)阻風(fēng)路等情況。

空氣噪聲的基本頻率

則滾珠的旋轉(zhuǎn)頻率

式中：

dr——滾珠直徑(mm)

d1——軸承內(nèi)圈滾道的直徑(mm)

d2——軸承外圈滾道的直徑(mm)

保持架的旋轉(zhuǎn)頻率

其中，N——風(fēng)扇葉片數(shù);n——電機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM)。

而軸承內(nèi)外圈滾道中的波紋、凹坑、超糙度是引起噪聲的主要原因。

試驗(yàn)表明，噪聲聲壓級(jí)與滾動(dòng)面的波紋高度和波紋數(shù)的乘積成正比。此外，徑向游隙的大小，也影響噪聲，減小徑向游隙，可降低噪聲，但是徑向游隙小的軸承要求配用在兩軸承室同心度高的機(jī)殼和端蓋，并且對(duì)轉(zhuǎn)子同軸度的要求提高。

同時(shí)潤(rùn)滑脂質(zhì)量的優(yōu)劣也是影響噪聲的主要原因。噪聲與潤(rùn)滑脂的粘度有關(guān)，試驗(yàn)表明，噪聲隨粘度增大而減小，但粘變?cè)龃蟮揭欢〝?shù)值后，噪聲反而增大，這是因?yàn)橛湍?duì)振動(dòng)有援沖作用，粘度大、噪聲低，但當(dāng)粘度過(guò)大，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)攪拌聲。

安裝誤差對(duì)軸承噪聲的影響。軸承的安裝誤差超過(guò)某一臨界值會(huì)使軸承噪聲急劇增大，而臨界角隨軸承徑向游隙減小而減小。圖一表示某單列內(nèi)心軸承在不同徑向游隙時(shí)安裝誤差角對(duì)噪聲的關(guān)系。

綜上所述，為足夠降低軸承噪聲，則需要保證軸承內(nèi)外圈滾道的精加工質(zhì)量，在可能的情況下采用小的徑向游隙，以及選用上好的潤(rùn)滑脂及合適的粘度，控制軸承工裝誤差角在臨界角以下，同樣可以降低滾動(dòng)軸承的噪聲。

在電機(jī)結(jié)構(gòu)中采用波形彈簧對(duì)軸承外圈施加一個(gè)軸向預(yù)緊力，可以減消頻率在400Hz左右的嗡嗡聲。因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸承由于沒(méi)有預(yù)緊力的作用，軸承內(nèi)的鋼球處于自由狀態(tài)就會(huì)發(fā)生自由振動(dòng)，這種振動(dòng)是隨機(jī)的，而且它還可能與保持架、套圈等發(fā)生碰撞而產(chǎn)生附加噪聲。如果用波形彈簧對(duì)軸承外圈增加一個(gè)預(yù)緊力，它適當(dāng)?shù)卣{(diào)整了軸承的，當(dāng)有軸向分量時(shí)彈簧對(duì)其有阻尼作用而使振動(dòng)減小，從而減弱鋼珠的自由振動(dòng)，從而削弱了附加的噪聲。

用滑動(dòng)軸承代替滾珠軸承是降低軸承噪聲的最有效的辦法，粉末冶金含油軸承以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，噪聲小，頻譜均勻而且比較穩(wěn)定，逐漸被引入到噪聲要求低于40分貝以下的微電機(jī)。但這類軸承采用的多孔體結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生漏油現(xiàn)象，從而影響其潤(rùn)滑性，而且它的負(fù)荷能力比相同外徑的滾動(dòng)軸承要小一些，而且如果軸與軸承內(nèi)孔表面精密度低、粗糙度大、孔隙率大，供油不足以及鐵銅基石墨含油軸承中的游離滲碳比例過(guò)多，分布不均勻，造成個(gè)別硬點(diǎn)，也將產(chǎn)生某些高頻噪聲。

轉(zhuǎn)于不平衡引起的噪聲：高轉(zhuǎn)速電機(jī)的轉(zhuǎn)子必須嚴(yán)格的進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)，以減少轉(zhuǎn)子殘余不平衡量，轉(zhuǎn)子不平衡噪聲的頻率等于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率fa。雖然頻率不高，一般在400Hz以下，但由于引起電機(jī)振動(dòng)，從而使各部分的噪聲增大。當(dāng)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡精度達(dá)到G 6.3級(jí)時(shí)，轉(zhuǎn)子不平衡所引起的噪盧和振動(dòng)都能顯著地得到改善。

碳刷與換向器摩擦所引起的噪聲：由于電刷壓在旋轉(zhuǎn)的換向器上而產(chǎn)生摩擦噪聲。一般電機(jī)大多采用半塑料換向器，換向器表面的圓度不好，片間云母因下刻而略下凹，從而使摩擦噪聲增大，并使噪聲的頻率提高。換向器圓度不好以及換向片表面不平使噪聲增大。

碳刷與換向器摩擦噪聲的頻率

式中：k——換向片數(shù)

此外，碳刷座結(jié)構(gòu)不夠牢固，從而引起周期性振動(dòng)也會(huì)使噪聲增大。

綜上所述，嚴(yán)格控制換向器的圓度，保證表面良好的光潔度和跳動(dòng)，以及采用堅(jiān)固牢靠的碳刷座結(jié)構(gòu)，都能降低電刷和換向器摩擦所引起的噪聲。

3.電磁噪聲

作用在電機(jī)定、轉(zhuǎn)子空氣隙中的交變電磁力會(huì)使電機(jī)定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng)及噪聲。由于氣隙磁場(chǎng)不僅有基波而且還有一系列高次諧波存在，這些磁場(chǎng)相互作用將產(chǎn)生周期性的作用力，基波及高次諧波電磁力均會(huì)引起振動(dòng)及噪聲。
電磁聲頻率分布大多在100-4000Hz之間。振動(dòng)及噪聲強(qiáng)度的大小與電磁力的大小和定子、轉(zhuǎn)子剛度有關(guān)。當(dāng)激發(fā)振動(dòng)的電磁力與振動(dòng)的零部件的自振頻率相吻合時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生共振，振動(dòng)及噪聲也將顯著增加。電磁力有徑向分量和切向分量，電磁力徑向分量在引起電機(jī)振動(dòng)及噪聲方面起主要作用，它使定子鐵心產(chǎn)生徑向振動(dòng)，徑向振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲為電機(jī)電磁噪聲的主要成分。在采用單數(shù)槽轉(zhuǎn)子沖片時(shí)，槽致噪聲成為電磁噪聲的最主要部分。電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，單數(shù)槽的轉(zhuǎn)子鐵芯周期性地受到單邊磁拉力的變化所產(chǎn)生的，其原因可通過(guò)圖一來(lái)解釋。

在圖二(a)中，上磁極極弧下覆蓋三個(gè)轉(zhuǎn)子槽，而下磁極極弧只覆蓋兩個(gè)轉(zhuǎn)子槽，此時(shí)上部磁拉力大，下部磁拉力小，使定子鐵芯有向上移動(dòng)的趨勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)半個(gè)槽距后，則如圖二(b)所示，此時(shí)下磁極極弧覆蓋了三個(gè)轉(zhuǎn)子槽，而上磁極極弦只覆蓋了兩個(gè)轉(zhuǎn)子槽，此時(shí)的磁拉力情況起了變化，下部磁拉力大，上部磁拉力小，因此定子鐵芯有向下移動(dòng)的趨勢(shì)。所以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，定子鐵芯產(chǎn)生周期性的上下振動(dòng)。同理，轉(zhuǎn)子受到了周期性變化的單邊磁拉力，從而引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)。

采用雙數(shù)槽轉(zhuǎn)子時(shí)，不會(huì)發(fā)生上述情況，但轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)槽位變化，在氣隙中造成脈振磁場(chǎng)，也可能引起振動(dòng)。

按照上面分析，所產(chǎn)生的電磁噪聲頻率

式中：Z ——轉(zhuǎn)子槽數(shù)

在電磁噪聲中，除上述原因所產(chǎn)生的噪聲外，還由于電流中的高次諧波分量，在定轉(zhuǎn)子氣產(chǎn)生諧波磁場(chǎng)，也會(huì)產(chǎn)生不均勻的力矩，造成振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。

由于電磁噪聲在電機(jī)總噪聲中所占的份量不大，所以在電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造中往往不針對(duì)性地減少電磁噪聲來(lái)采取措施。但對(duì)限止噪聲有過(guò)高的要求時(shí)(如空調(diào)水泵電機(jī)等一些用于室內(nèi)電氣且噪音要求比較高的場(chǎng)合)，并在空氣噪聲、機(jī)械噪聲已取得有效的抑制的情況下，可采用轉(zhuǎn)子斜槽、增大定轉(zhuǎn)子氣隙以及降低磁通密度等措施來(lái)減小電磁噪聲。