有刷直流电机“滋滋”声从哪来？全面解析噪声根源与降噪方案

一、噪声的“起源”：四大核心噪声源

• ••  

  齿槽转矩：电机不通电时，永磁体与定子齿槽之间存在的周期性吸力与斥力，导致转矩脉动，产生振动和低频噪声。  

  
  

• ••  

  电枢与机壳的电磁相互作用：通电的电枢线圈会产生磁场，与机壳上的永磁体发生吸引或排斥。关键点在于，各个线圈之间通过互感耦合，能量会从一个线圈传递到另一个线圈，最终激励起整个机壳的振动。  

  
  

• ••  

  换向过程的谐波：电刷与换向器不断切换导通线圈的过程，会导致电流含有丰富谐波。这些谐波通过磁场耦合，会加剧振动和噪声。降低线圈间的互感受谐波，是减少换向噪声的关键。  

  
  

• ••  

  转子动不平衡：转子微小的质量分布不均，在高速旋转时会产生巨大的离心力，引起整机振动。  

  
  

• ••  

  磁导齿谐波：定子和转子铁芯齿槽的存在，会使气隙磁导发生周期性变化，产生阶次固定的激振力。当该力的频率与电机壳体或内部结构的固有频率一致时，便会发生共振，噪声急剧放大。  

  
  

二、降噪“武器库”：从源头到传播路径的系统性解决方案

• ••  

  降低气隙磁通密度：径向电磁力的大小与气隙磁密度的平方成正比。降低磁密能显著减小激振力。方法包括：  

  
  

• ••    

  (1) 增大有效气隙长度。    

  
  

• ••    

  (2) 增加定子匝数或叠片长度，在保持反电动势不变的前提下，降低气隙磁密。    

  
  

• ••  

  优化换向系统：  

  
  

• ••    

  选择最佳电刷宽度：电刷过宽会延长换向电弧持续时间，增加噪声。    

  
  

• ••    

  采用合适的电刷预移角：优化电刷位置可有效减少直流换向电弧。    

  
  

• ••  

  优化槽极配合：通过选择合适的槽数/极数组合，可以提高主要激振力的阶次。高阶力波更难以激发结构振动，从源头上抑制噪声。  

  
  

• ••  

  使用动平衡转子：确保转子经过精密的动平衡校正，从根源上消除机械不平衡力。  

  
  

• ••  

  增强结构刚度，改变固有频率：  

  
  

• ••    

  增加定子铁芯厚度：能显著提高定子刚度，减少表面振动响应。    

  
  

• ••    

  密封铁芯与机壳间的间隙：用绝缘漆或环氧树脂填充间隙，或加装剪切阻尼环，能有效抑制振动传递。    

  
  

• ••  

  降低声辐射效率：  

  
  

• ••    

  控制机壳长径比：减小机壳长度与直径的比值，可以降低其声辐射效率，让相同的振动产生更小的噪音。    

  
  

• ••  

  优化槽形设计：槽的深度和宽度直接影响线圈的有效电感。  

  
  

• ••    

  深而窄的槽：有效电感高，对换向过程有抑制作用。    

  
  

• ••    

  浅而宽的槽：有效电感低。根据噪声频谱，合理选择槽形是控制电磁噪声的有效手段。    

  
  

•    

     
  
     

  
  

总结：NVH优化是一项系统工程

1. 1.1.  

   源头控制优先：优先通过电磁和结构设计，减小激振力。  

   
   

2. 2.2.  

   传播路径阻断：通过增强刚度和阻尼，抑制振动和噪声的辐射。  

   
   

3. 3.3.  

   多目标权衡：任何降噪措施都可能在成本、性能、效率之间进行权衡，需要找到最佳平衡点。  

   
   

【免责声明】本文来自网络或本公 众号原创，版权归原作者所有，仅用于学习等，对文中观点判断均保持中立，若您认为文中来源标注与事实不符，若有涉及版权等请告知，将及时修订删除，谢谢大家的关注。