永磁电机噪音基础

63（56~71）
125（110~140） 250（225~280） 500（450~560） 1000（900~1100）
80（71~90）
160（140~180） 310（280~355） 630（560~710） 1250（1100~1400）
1600（1600~1800） 2000（1800~2200） 2500（2200~2800） 3150（2800~3550） 4000（3550~4500） 5000（4500~5600）
5600~11200
8000
6300（5600~7100） 8000（7100~8900） 10000（8900~11200）

以频率为横坐标，以声压级、声强级、声功率级为纵坐标来绘制噪声测 量结果，所得图形可清楚反映出噪声的成分和性质，这就是频谱分析。
4 、响度级
用响度级把声压和频率统一起来表示声音响度的高低，其单位为 phon（方）。
I
W S
声功率级是一个定值，它不随距离而变化；而不同位置的测 点上的声压级值是不同的。
由于声强 I 从闻阀限到痛阀限相差 10^12 倍，所以与声压一样，声 强和声功率也用声强级和声功率级来表示。它们的单位都为 dB （分
贝）。取贝尔作为单位，取贝尔的十分之一作为响度的常用单位，称
为分贝尔（decibel），简称分贝（dB）。
97
99
98
102
101
105
103
106
55kW＜P≤110kW
94
96
97
100
100
103
101
105
103
107
104
108
110kW＜P≤220kW
97
99
100
103
103
106
103
108
105
109
106
110
220kW＜P≤630kW
99
101
102
105
106
108
106
110
107
N
1.8
1 0 0
R S
0.71 0.45
1800
1.12 0.71
1.40
3600
4500
1000
2000
3000
4000
5000
6000
n[RPM] 7000
二、永磁电机的振动和噪声

（一）电磁振动和噪声 （二）电机定子和转子的固有振动特性

（三）机械振动和噪声

与其它类型电机振动一样，永磁电机噪声有三类：电磁振动噪声、机 械振动噪声和空气动力噪声。

响度级：根据听力正常的听音判断为等响的1000Hz纯音(来自正前方 的平面行波)的声压级。 响度级是这样确定的：取1000Hz的纯音作为基准声音，若出现某一 声音听起来与基准纯音一样响时，该声音的响度级（phon）就等于 基准纯音的声压级（dB）。

声音的响度级由其声压和频率决定，反映它们关系的图线叫等响线。 等响线相当于频率和声压级不同、但响度级相同的声音。

对于自由场（球形），r为测量点组成的球的半径
LW L pav 10lg A L pav 10lg 4r 2 L pav 20lg 11 A0

对于半自由场（半球形，中小电机噪声测量中常取该值）
LW L pav 10lg A L pav 10lg 2r 2 L pav 20lg 8 A0
振动速度有效值/(mm· s-1)
N
R S 0.71 0.45
1.8
1.12 0.71 1.12 0.71
2.8
1.8 1.12 1.8 1.12
4.5
2.8 1.8 1.12 0.71
2．8
1.8 1.12
伺服电机振动等级（振动速度）
振速[mm/s] 4 3.5 3 2.25 2 3.0 2.8 0.71 1.18 1.8 振动等级
111
107
112
630kW＜P≤1100kW
101
103
105
108
108
111
108
112
109
112
109
114
注：Ⅰ类：无冷却风扇的开启式电机（IP22、IC00）或无外风扇的封闭式电机（IP44、IC0041）。 Ⅱ类：有冷却风扇的开启式电机（IP22、IC01）或有外风扇的封闭式电机（IP44、IC0141）。
p rms 1 T 2 p (t )dt 0 T
P0
对于纯音：
T
p rms
t
1 2
p max

一般声学仪器测量出的声压都为有效值prms，而不是瞬时值p，也不是
幅值pmax。

声压越大，声音越强；声压越小，声音越弱。因此用声压（prms）来衡 量声音的强弱。

正常人耳能听到的声音的声压（称闻阀声压）为2e-5Pa；能使人耳产
由上式式可见，声压级变化120dB，相当于声压变化1e+6倍。
2、声强级和声功率级

声功率：声源在单位时间内发射的总能量称为声功率，记为W，
单位为瓦（W）。

声强：在垂直于声波传播方向、单位时间内通过单位面积的声能 （声波平均能流密度的大小）称为声强，以I表示，单位W/m^2。
2 2 p rms p rms I Zc c

声强级：在某一指定方向上的给定声强与参考声强之比的以10为底的
对数乘以10。
2 prms I LI 10lg 10lg 20(lg p rms 2.35) I0 p0

声功率级：声功率与基准声功率之比的以10为底的对数乘以10。
LW 10 lg W W0
3 、噪声的频谱
正常人能听觉到的声音的频率范围一般为20~20000Hz，这一宽 广的声频范围可划分为若干个频段，即通常所说的频程或频带。 在噪声测量中最常用的是倍频程和1/3倍频程。
5dB 5dB 5dB N 低 R 低 S 低 E
如无其它规定，在空载时噪声限值应符合N级的要求。
类别 声功率级 电机功率 P≤1.1kW 1.1kW＜P≤2.2kW 2.2kW＜P≤5.5kW 5.5kW＜P≤11kW 11kW＜P≤22kW 转速
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
n＜960 rpm 71 74 77 81 84 76 79 82 85 88
960≤n ＜1320 rpm 75 78 81 85 88 78 80 84 88 91
1320≤n＜1900 rpm 78 81 85 88 91 80 83 87 91 95
1900≤n＜2360 rpm 80 83 86 90 93 82 86 90 94 98
这个主观量与客观里量之间的幂函数关系，在人与外界刺激的知觉反 映中是普遍存在的。
（二）噪声的测量

常用的噪声测量仪器有声级计、频谱分析仪和自动记录仪等。 声级计是噪声测量中最常用和最简便的测试仪器。 声级计中常用的频率计权网络有A、B、C三种。 测量电机噪声时，一般都采用A计权网络，所测得的值称为A声级， 记作dB(A)。 电机噪声的测定方法：GB/T10069.1 《旋转电机噪音测定方法及限 值 第1部分：旋转电机噪声测定方法》 半自由场或半混响场中测定声级： GB/T3767或 GB/T3768

倍频程：指上、下两个频率值之比为2:1，即f上/f下=2的频带。 1/3倍频程：指把一个倍频程按
1 f上 23 f下
2 关系再分为三段频带，即
1 3

中心频率：指某一频程的中心频率，该值为：
f中
f上 f下

目前通用的十个倍频程的中心频率为31.5、63、125、250、500、1000、 2000、4000、8000、16000Hz。
倍频程频率范围 倍频程中心频率 1/3倍频程中心频率
45~90
90~180 180~355 355~710 710~1400 1400~2800 2800~5600
63
125 250 500 1000 2000 4000
50（45~56）
100（90~110） 200（180~225） 400（355~450） 800（710~900）
最下面是闻阀限等响线；最上面是痛阀限等响线。

响度级LN是一个相对量，响度N（单位为sone（宋））是绝对值。
lg N 0.0301 LN 1.204
上式表示响度级每增加10phon，则响度增加一倍。
lg N ' 0.0301 (LN 10) 1.204 (0.0301 LN 1.204) 0.301 lg N lg 2 lg 2N
电机噪声
空气动 力噪声
噪声通过 空气传播
产生 产生
气体压力周 期性波动
（一）电磁振动和噪声

电磁噪声来源于电磁振动，电磁振动则由电机气隙磁场作用于电机 铁心产生的电磁力（称激振力）所激发，对永磁电机而言，电机气 隙磁场又决定于绕组磁势、永磁体磁势和气隙磁导。 由永磁电机气隙磁密波的作用，在铁心齿上产生的磁力有径向和切 向两个分量。径向分量使铁心产生的振动变形是电磁噪音的主要来 源；切向分量是与电磁转矩相对应的作用力矩，它使铁心齿根部弯 曲而产生局部振动变形，这是电磁噪音的一个次要来源。 因此分析永磁电机的电磁振动和噪声，主要是分析气隙的径向电磁 力波和定子的径向固有振动特性。



对于中小电机（中心高225mm及以下且长度不超过1m），将其视为点 声源，采用半球法配置，一般在1m范围内配置半球面。然后用声压级 计测出各点的A计权声压级，再按下式求出电机噪声的A计声功率级：