モーターの電磁ノイズ:定義と特徴と原因

モーターの電磁ノイズこれは、モーターの動作中によく発生する問題です。これは、固定子と回転子の間の空隙にある交番磁界や鉄心の磁歪効果によって発生する電磁力波が発生し、固定子鉄心やフレームの振動を誘発し、さらに騒音を放射します。電磁ノイズは、機械ノイズや空力ノイズとは異なり、その原因が複雑で、モーターの動作性能を低下させます。その定義、特性、根本原因を深く理解することは、モーター性能の最適化と騒音低減の基本的な前提条件となります。具体的には、ステータ-のロータの空隙内の交番磁界によって生成される周期的な電磁力波がステータコアとフレームの強制振動を引き起こし、鉄心の磁歪効果によって誘発される振動ノイズとともに、外部に放射される空気伝播ノイズを指します。

モーターの電磁ノイズ以下の典型的な特性により、機械ノイズや空気力学的ノイズと明確に区​​別できます。

モーターの電源を切った後、ローターは慣性により回転を続けますが、ノイズは瞬時に完全に消えます。これは、電磁ノイズを他の種類のノイズから区別する最も簡単な方法です。実用試験では、停電前のモータ回転数が、電磁ノイズが発生すると思われる回転数以上である必要があります。電源遮断後は回転速度が急激に低下するため（特に永久磁石モータの場合）、電源遮断後の動作速度範囲が電磁ノイズが発生する速度帯域をカバーするためには、比較的高い停止速度が必要です。-

低周波電磁ノイズは通常、主に低次磁場の高調波によって引き起こされる鈍い共鳴ハム音として現れます。-高周波電磁ノイズは鋭い口笛やきしむノイズとして現れ、主に PWM 変調高調波、スロット高調波、高次磁気高調波から発生します。-

電磁力波の励振周波数がステータコアやフレームの固有振動周波数と一致または近似すると共振が発生し、騒音レベルが指数関数的に上昇し、耳障りな異音が発生します。

電磁ノイズの形成メカニズムは、エアギャップ磁場の歪み→交流電磁力波→強制構造振動→ノイズ放射という連鎖に従い、エアギャップ磁場の歪みが中心的な原因となります。-

1. エアギャップ磁界の歪みによって引き起こされるラジアル電磁力の変動

ステータとロータの間のエアギャップは、モータ内部の磁界伝達の中心となる媒体です。理想的な条件下では、エアギャップ磁場は標準的な正弦波形に従い、周期的な変動がなく均一に分布した対称的な電磁力を持ち、振動や騒音は発生しません。しかし、実際の工学用途では、極-スロットのマッチング、固定子-回転子の偏心、非対称磁気回路、不平衡な相電流などのさまざまな設計および製造の偏差により、磁場が歪み、多数の高調波磁場が生成されます。これらの高調波磁場が基本磁場に重畳されると、次数と周波数が異なる放射状の電磁力波が生成されます。固定子の歯と鉄心に周期的な交互荷重として作用し、半径方向の力が固定子の構造を継続的に引き伸ばしたり圧迫したりして、高周波の固定子振動を誘発します。-。振動エネルギーはモーターフレームに伝わり、周囲の空気を撹拌し、最終的に電磁ノイズを形成します。この主なメカニズムは、総電磁ノイズ エネルギーの 80% 以上を占めます。

2. スロッティング効果によるスロット高調波励振

ステーターとローターに機械加工されたスロットは、エアギャップ内の磁気回路の均一性を破壊し、スロット高調波磁界を引き起こします。ステータとロータのスロット開口部により、エアギャップ磁束密度が周期的に変動し、固定次数と安定した振幅を持つスロット高調波電磁力が生成されます。-このような高調波力は固定周波数と強力な励起能力を特徴としており、中小型の永久磁石モータや誘導モータにおける高周波電磁ホイッスルの主な原因となっています。-特にステータとロータのスロット数が不当に一致している場合、スロット高調波力の振幅が急激に増大し、ステータ構造と共振しやすくなり、騒音欠陥が悪化します。したがって、ステータ-ロータのスロットのマッチングは、モーター設計における重要なパラメータです。後の段階での修正が非常に困難になるため、設計の初期段階で確認する必要があります。

3. 磁歪効果と制御高調波による干渉

一方では、モーターの鉄心のケイ素鋼板は、磁歪効果として知られる交流磁界下で周期的に微小な膨張と収縮を起こします。このような高周波の微小変形は、鉄心の全体的な振動を引き起こし、低周波の電磁ハミングを発生させます。これは、大型の鉄心を備えた高出力モーターで特に顕著です。{{4}一方、可変-周波数調整可能-速度モーターは、PWM 変調を採用した周波数コンバータによって電力を供給されます。方形波パルス変調は、豊富な高周波電圧および電流高調波を導入します。これにより、エアギャップ磁場がさらに歪められ、高周波電磁力波が発生し、可変周波数モータ特有の高周波ヒューズノイズが発生します。-さらに、エアギャップの偏心、非対称な巻線分布、巻線の回転誤差、珪素鋼板の透磁率のばらつき、その他の欠陥により、磁界歪みが悪化して間接的に電磁ノイズが増大します。

の本質モーターの電磁ノイズ削減は高調波の最適化にあり、その中でスロット高調波が最優先されます。他のタイプの高調波は最適化が比較的容易であり、電磁ノイズに与える影響はわずかです。スロット高調波に影響を与える主な要素には、極-スロットのマッチング、スロット開口部の幅、スロット開口部の深さが含まれます。これらは、設計時に他のモーター性能指標とともに総合的に評価される必要があります。