永磁有刷直流电机振动与噪声分析

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第3页,共12页，2024年2月25日，星期天永磁有刷直流电动机的结构原理

有刷电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。第4页,共12页，2024年2月25日，星期天电机振动、噪声的分类和来源

第5页,共12页，2024年2月25日，星期天电机的机械噪声

电机用轴承一般分为滚动轴承和滑动轴承两类。滚动轴承的振动与滚珠的制造精度，润滑条件，外圈固有频率，转速，负载，温度等因素有关。滑动轴承的振动与滑动面的硬度，润滑条件，轴承油膜稳定性以及制造工艺有关。

具备电刷结构的电机电刷与换向器（或滑环）的滑动接触会产生振动和噪声。

转子的动不平衡是电机机械噪声的主要噪声源。因制作精度、安装精度和磨损等原因形成的转子不平衡会使转子在旋转过程中产生离心力扰动，从而激发结构振动。第6页,共12页，2024年2月25日，星期天电机的空气噪声

空气动力噪声是由空气流在空间移动过程中分子间相互碰撞作用或空气流碰撞固态介质而产生的噪声。电机产生的空气动力噪声，主要是由于电机转子的高速旋转而带动电机机身内空气做涡流运动而产生的旋转脉动噪声，声源具有指向性，辐射声功率与电机转子带动的气流速度的六次方成正比。另外，电机工作机身温度升高时，电机机身外的空气会流入电机机身内，由于流入空气质量或受热量的不均匀，会产生脉动噪声，这种噪声声源的辐射没有指向特性，声辐射功率与气流速度的四次方成正比。电机中空气动力噪声的大小还与转子的几何形状、转子的表面粗糙度、转子偏心量以及电机的工作速度有关系。第7页,共12页，2024年2月25日，星期天电机的电磁噪声车用电机为12V小电机无散热风扇，不存在空气动力噪声；机身小巧轻薄，机械噪声小；故电磁噪声是此类电机最主要的噪声。作用在电机定、转子上的时变电磁力会激励电机结构，引起电磁振动，从而使电机辐射电磁噪声。电机气隙磁场存在于电机定、转子间的微小的空气间隙中。气隙磁场是机电能量转换的中介，同时也在电机的定、转子上产生径向、切向电磁力。这些电磁力在把电能转化为机械能的同时，也作用在定、转子结构上，从而引发电机电磁振动。定子一般直接连接到电机外壳上，相比于转子振动，定子振动较易引起外壳的结构振动和噪声。第8页,共12页，2024年2月25日，星期天永磁有刷直流电机的磁场与电磁力

有刷永磁直流电机的径向气隙磁场是一种周期性的旋转磁场，这种旋转磁场会作用在电机结构上，产生旋转电磁力。

作用在永磁体的内表面上的电磁力是一种周期性的旋转压力波（麦克斯韦应力）。正是这种作用在电机结构上的旋转压力波，引起电机结构的振动，从而使电机辐射出电磁噪声。

电磁激励力的频率为电机转速和转子齿数乘积的整数倍，引发电机振动和噪声的电磁力主要作用在永磁体内表面上。第9页,共12页，2024年2月25日，星期天转子偏心与胶水对电机电磁振动和噪声的影响

电机转子偏心距可改变定、转子间的气隙厚度，从而影响电机气隙磁场，进而改变电机电磁力的分布。转子静偏心加剧了永磁电机的电磁振动和噪声，电机振动主要集中低于电机固有频率的频率范围内；与正常永磁电机相比，转子偏心易在电机固有频率范围内的增加辐射声压级。在永磁有刷电机中，环氧树脂胶被人工涂布在永磁体和定子上，凝固后的胶水厚度很难保持均匀一致。这样，较厚的胶体就像柔软的弹簧，软弹簧降低了电机结构的刚度，从而导致了较低的模态固有频率。胶体厚度是导致永磁电机出现噪声分布不一致的关键参数。第10页,共12页，2024年2月25日，星期天小结

直流电机的噪声主要是由于电磁影响、机械摩擦、空气旋流或涌入而产生的，抑制由于电磁影响产生的噪声重在设计时电枢绕组、极齿、齿槽和励磁磁场分布的合理性，抑制由于机械摩擦产生的噪声重在电机动静平衡和摩擦接触面的尺寸和形位公差的合