电机噪声产生的原因及减小噪音的设计方法

艾凤杰

【摘 要】电机的出现是机械化的一个重要标志，一个国家电机、发动机水平都会成为衡量一个国家力量的关键因素，而随着世界科学技术水平的快速提高，已经研发出纯电动汽车。而电动汽车的电机系统不同于普通燃油汽车，电动汽车的运行状况决定了它专属的电机，但是这种电机还存在着缺陷就是噪声问题。为了能够更好地体现电动汽车的环保性，本文会在几个方面进行分析，给出电机产生噪音的原因以及解决方法。

【关键词】电机；噪声；纯电动汽车；设计方法

隨着世界科技水平的发展，带动了很多行业的快速发展，但也使得能源的消耗成为了一个大问题。如今能源危机不断加大，人们保护环境的意识也在不断提高。而伴随着科技的发展，纯电动汽车诞生并且在快速的更新完善，国家相关规定了纯电动汽车的性能指标，其中最受人关注的就是纯电动汽车的电机噪声，如何改善这一方面的问题，如何优化电动车内外噪声，也就成为了焦点。本文将从理论上分析电动汽车电机产生噪声的原因，并通过研究给出相适应的设计方法和改进方案。

一、电机系统概况

和普通工业电机不同，纯电动汽车的驱动电机转速转矩工作范围更加的广泛，这种电机在稳定运行的额定电流比较小，这也就说明它在满额负载工作时会产生更大的扭矩。而恰恰电机系统的性能会严重影响到纯电动汽车的动力、安全、经济性能以及噪声振动等方面，所以我们分析研究找到引起这些因素的原因，并且完善优化电机构造，确保它能够有着比较宽的高效区、高的功率密度、高的转矩密度、广泛的调速范围，其次还要要求它能够有着优秀的低速重载性能、可靠性、低噪声污染等性能。而纯电动汽车虽然在其他方面由于燃油汽车，但是在噪声方面不能够满足用户的要求，这也引起了人们的不满和关注，所以分析电机产生噪声的原因以及解决方法是十分必要的，这也是社会的趋势所在。

二、噪声产生原因分析

纯电动汽车驱动电机因为需要频繁的启动、换挡、加速、减速、停车以及爬坡需要比较高的转矩，而在高速平稳行驶时需要比较小的转矩、更加广泛的调速范围，所以对纯电动车车驱动电机的性能要求是比较高的。而在特定的工作场所，尤其是高负荷、高转速区间，会产生更大的噪声，会严重影响用户的乘车舒适度，还会产生不可避免的噪声污染，通过对以往内燃机汽车电机的研究方法对纯电动汽车驱动电机进行要就分析，我们可以将纯电动汽车驱动电机产生噪声的原因分为以下几个部分：

2.1 结构原因

2.1.1 轴承间隙

和普通工业电机相似，电机内都装配有相适合的轴承，我们一般成为电机轴承或者是马达轴承，它的功能是支撑一根轴的稳定转动，引导轴的转动减少轴与其他零件的摩擦，同时还要承受轴上空转的部件。而由于加工精度或者是装配过程的不准确从而导致轴承与轴承支座之间产生比较大的缝隙，而这个误差在规定误差范围之外，导致轴在转动时会振动，带动轴承和轴承支座产生碰撞，从而导致噪声。

2.1.2 电机转子平衡性差

同于电机轴承，电机转子也是一个转动的零件，它是电机进行扫膛的部件，它的主要功能就是能够实现机械能和电能、电能和机械能之间的转换。如果转子的平衡性比较差的话会产生机械噪声，这也是常见的一种原因。如果它的频率和旋转频率相同的话，会产生低频噪声。但是如果由于装配过程导致安装不良，会使得定子、转子的固有频率同于其转动频率，这会导致比较大的机械噪声。

2.1.3 其它零件因素

另外，除了以上两个比较重要的因素外，磁钢松动、脱落也会导致噪声产生。由于电机外壳不符合要求，导致其他零部件不能够与之进行合适的公差配合，导致电机内部零件产生轴向移动或者径向跳动，产生噪声。最后，也可能是因为有刷电机转向器表面氧化、烧坏、油渍、换向片松动等原因导致噪声，这些都是可通过改良零件加工工艺或者更换新的零件解决的。

2.2 电磁噪声

纯电动汽车产生噪声的主要原因就是电磁噪声，也是电机噪声的主要成分。由于电机气隙磁波在定子金属齿上产生力的作用，从而引起随时空不稳定变化的径向力以及切向磁力，使得电机外壳与定子金属芯随时变化产生周期性的振动，从而引起噪声。我们更需要注意的是，当径向电磁力波越接近电机定子固有频率时，会产生更大的共振反应从而导致噪声更大。其次就是开口槽、铁芯饱和情况也会导致电机电磁噪声的产生。一般情况下，电磁噪声主要会发生在电机低速运转区间，这些噪声不但会影响到用户的体验，还会是能耗加大，加快电机寿命的损耗。

2.3 空气动力噪声

一般情况下，我们将电机空气噪声分为涡流噪声和笛鸣噪声两个情况。涡流噪声主要是因为转子以及风扇的高速转动导致冷空气湍流在旋转的零件表面交替出现从而引起的涡流，而这种现象的发生同时还会带有很大的噪声，这种噪声的频谱范围是比较广泛的，我们称之为涡流噪声。另一个笛鸣噪声是因为空气的快速压缩，导致空气快速流动，流动的气体遇到电机内部阻碍其流动的零件产生的噪声。这些噪声是不可避免的，因为电机内部需要有转动的零件，只要有转动必定会引起空气的流动或者旋转，只有通过优化改良才能减少这类噪声。

三、降噪的设计方法

3.1 构造方面

定期检查电机轴承、定子、转子以及磁钢等零部件，如有损坏需要及时修理或者更换。如果电机外壳不符合标准造成轴向跳动可以适当增加垫圈或者联系厂家更换符合标准的电机外壳，另外定时清洗换向器表面，调整碳刷架。

3.2 技术方面

3.2.1 槽配合

选择合适的槽配合，因为电磁力波的阶次会受到定子、转子槽数量的影响，也就是说不同槽配合的电机会产生不同阶次的电磁力波，所以不同型号的电机要选择合适的定子、转子槽数，避开各零件固有振动频率，避免共振现象的发生。

3.2.2 合适的绕组形式

选择合适的绕组节距以及短距线圈能够有效地降低磁动势波形里面的谐波含量以及力波幅值。我们都熟知，三相绕组不包含三次谐波，其起主要作用的是五次、七次谐波，所以我们需要消除五次、七次谐波的影响，就要消除其本身，这是一般采用的绕组节距是整距的五倍或者六倍即可消除，二级电机绕组节距需要是整距的二倍或者三倍，其他的可以根据类似研究方法得到。

3.2.3 隔绝传播路径

对于纯电动汽车驱动电机我们一般采用隔声和隔振两种方法，密封这种方法不适用于这类电机，而且技术繁琐复杂，成本较高。主要是通过对电机进行相关处理达成降低噪声的目的，使用散热性能好、耐磨的金属材料制造相适应的屏蔽装置对电机进行优化，减少电机内部转动零件与空气的接触，减少电机噪声的传播路径，从而达到隔声的目的。其次，还可以对电机进行悬置处理，在电机外壁添加阻尼板，实现隔振的效果。

四、结语

消除纯电动汽车电机噪声一项涉及多学科内容极广泛、复杂的研究项目，尤其在系统可靠性、可维修性及空气性等方面，另外在电机构造、电机轴承、转子动力等方面进行深入研究才是关键所在，而就现代的科技水平可以满足这些课题的研究，这些定量计算不仅十分复杂还要保证数据的正确无误，是保证电机能否可靠、平稳、低噪声运行的关键所在，这在机电设备的研发方面占有十分重要的地位。总之我们要站在世界前沿，研究开发先进的低噪声纯电动汽车驱动电机，为国家科技水平做出应有的贡献。

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