BLDC电机的振动与噪音

一、 振动与噪音机理

耳听觉的声波频率范围大约为20Hz~20kHz；

1、电磁噪音------控制器pwm；定位力矩；力矩波动等；

2、机械噪音------电机轴承；电机电刷；转子不平衡等；

3、空气动力噪音。

    ——在频率300一600赫兹区队80分贝响度级的噪声若每天连续作用8小时，实际上不会引起对1000一2000赫兹言语频率范围内的听觉丧失；

   ——在频率300一600赫兹区间，88至95分贝的噪声响度级经过30年会引起对1000赫兹的听觉丧失8至13分贝，对2000赫兹的听觉丧失13.5至19分贝；

    ——在频率1200一2400赫兹区间，73分贝的噪声响度圾经过7年会引起对4000赫兹的听觉丧失5分贝，而83至88分贝的响度级经过30年会引起对4000赫兹的听觉丧失 27至33分贝。

气隙磁导：

其中   μ—气隙磁导谐波次数， μ =1,2,3,……；

             Z—槽数；

            Λ0—磁导常量部分；

            Λμ — μ次谐波幅值；

            Φμ—定子圆周角坐标系自变量。

转子磁势：

k—永磁磁动势谐波次数，k=1,2,3,….；

p—极对数；

θ0—转子在定子圆周角坐标系中的角坐标；

Ω —转子转速；

Frk—转子磁动势次谐波幅值。

定子磁势：

Fsv—定子磁动势次谐波幅值；

v —定子磁动势谐波次数；

θ0 —定子磁动势在圆周坐标系中角坐标；

ω1—电流基波角频率；

η—电流谐波次数。

合成磁动势：

气隙磁密：

单位面积力：

   

1不随时间变化的恒定力波，即零次力波。恒定力波只是对定子铁心产生静压力时铁心产生静变形，不产生振动和噪音;

2定子磁动势同次谐波，力波角频率为2ηω1;

3转子磁动势同次谐波，力波角频率为2kω1;

4定子磁动势不同次谐波，力波角频率为(ηi±ηj)ω1 ;

5转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ki±kj)ω1 ;

6定、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ηi±kj)ω1;

7定、转子磁动势同次谐波力波，角频率为2ηiω1;

电磁噪音测试最常用的鉴别方法是：

1、突然断电法。

2、测振法。

3、混合变频判断法。所谓混合变频法是指利用相关仪器辅助人耳鉴别噪音。混合变频鉴别法的辅助设备为一套可变频音响设备。鉴别时，首先测试电机在恒电压恒转速时的噪音频谱，记录幅值较大的频段，令变频音响设备在这些频段上发出激励声源，根据同频声波幅值叠加原理，当激励声源与噪音相应频谱成分接近或一致时，人耳会感觉到噪音被加强。

二、定位力矩与噪音

•定位力矩－电机不通电时永磁转子受到的磁力矩

•引起的原因－齿槽和磁滞的存在

理想磁路下的齿槽力矩TC；

极数2P＝2， 齿数Z＝3，每周稳定位置数υ＝6

虚位移方法求取TC：

，

最低次数υmin－每周磁能状态重复次数：

C— 2P 和Z的最大公约数；

•幅值－决定于磁势平方F2和磁导G的υ次幅值乘积。

缺陷磁路的齿槽力矩

 •转子有缺陷导致Z次定位力矩

•定子有缺陷导致2P次定位力矩

噪音频率为电流频率的18倍，机械转速的180次；机的定位力矩分析

三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音

波动力矩—指令一定下不同转角对应的电磁力矩波动分量引起的原因：电动势e和电流 i 的波形偏离了理想波形。

求得

力矩波动仿真图

四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音

正弦波驱动

  •理想情况

•存在电流偏差Δ时

存在幅值偏差：

存在相位偏差Δθ

存在恒定成分ΔI

五、抑制措施

电机本体------定位力矩------优化电机系统固有频率；

控制器------力矩波动------方波控制器和正弦波控制器；

定位力矩措施包括：

}定子斜槽或者转子斜磁极

}减少定子槽开口宽度

}定子齿开槽

}分数槽

}改变极弧宽度

}磁极不规则放置

}改变磁钢磁化方向

}无槽结构

}无铁芯绕组

降低气隙磁通密度

方波控制器：

Tr比正弦驱动的要大

      原因：电势平顶部分小及电感的存在

•  减小Tr的措施

v加大电势平顶宽度

v电流反馈

v正弦波驱动

超前角控制：

正弦波控制器：

磁场正弦化设计（不均匀气隙）；保证位置传感正弦化精度；电流反馈；提高电路的线性。

文章来源：E车研