家用微電機的噪音研究與改善

摘 要：主要內(nèi)容是介紹家電產(chǎn)品中微電機的噪音研究及改善。首先，通過對電機噪聲源的識別，認識噪音的產(chǎn)生機理。其次，通過噪音的理論研究，認識噪音的基本指標，從理論的維度研究噪音。再次，通過實際工作中遇到的問題，采取的措施，依據(jù)理論指導，總結(jié)的經(jīng)驗。從而，從系統(tǒng)上初步認識微電機的噪音，以及一些實際的針對措施。

關(guān)鍵詞：小功率電機；火花；電刷；噪聲源；含油軸承

引言

我國小功率電機產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，特別是改革開放20多年以來的快速發(fā)展，取得了長足進步。小功率電機產(chǎn)業(yè)在我國的發(fā)展分兩個階段。第一階段，順應我國家電業(yè)的需要，運用于風扇、空調(diào)、冰箱、洗衣機、抽油煙機、小家電、保健器具等產(chǎn)品的小功率電機。國內(nèi)企業(yè)通過技術(shù)引進、設(shè)備引進吸收，以縮小了同發(fā)達國家的差距，部分產(chǎn)品的技術(shù)水平已達國際先進水平，企業(yè)具有了很強的自主研發(fā)能力、自主知識產(chǎn)權(quán)，也形成了一些具有廣泛市場和知名度的產(chǎn)品品牌。電機產(chǎn)品在自身大量出口歐美等國際市場的同時也隨著風扇、空調(diào)器等家電主機產(chǎn)品暢銷國際市場，成為我國機電出口業(yè)務(wù)的主要部分。第二階段，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車用小功率電機的需求也迅速增長，帶動了以永磁直流和無刷直流電機為主體的車用型小功率電機的發(fā)展。

一、電機噪音的噪聲源

（一）電機噪聲源的識別

所謂的電機噪聲源識別，就是對電機上所有存在的聲源進行分析，了解其產(chǎn)生噪聲和振動的機理，再確定聲源和振源的部位，分析聲源振源的特性，然后按照聲源的大小排列出順序，從而確定出主要噪聲。噪聲的控制一般從以下方面進行，即聲源、聲音的傳播途徑以及聲音的接受者。對聲源的控制的關(guān)鍵主要是對噪聲源的識別。一個產(chǎn)品一般有多個噪聲源，通過測試儀器和信號處理技術(shù)的分析，對電機的主要噪聲源進行針對的分析，從而到達減振降噪的目的。噪聲的傳出也就是能量的另外一種形勢的傳播，噪聲源的識別就是分析能量的過程，任務(wù)包括針對一個產(chǎn)品先分析它的能量來源，其傳播途徑是什么，哪個部件發(fā)出的，它在整個噪音源所占的比重，分清主次，有的放矢的改進；其次，了解聲源的頻率成分、輻射特性和產(chǎn)生的機理，利用聲學測試儀器和隨機信號處理技術(shù)對噪聲源進行精確的鑒別。噪聲源識別技術(shù)的發(fā)展，隨著計算機技術(shù)和數(shù)字信號技術(shù)的發(fā)展，噪聲源識別技術(shù)在這近十年的時間發(fā)展迅速，從一般簡單粗略的鑒別，發(fā)展成為更加精密的鑒別，大大提高了項目開發(fā)的成功率。一款新電機的開發(fā)，從研發(fā)初期，就把噪音的研究考慮進出，對在其后量產(chǎn)時，可以減少項目開發(fā)的周期，利于產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。

二、電機噪聲的應對措施

（一）在電機帶負載的情況下，觀察電機碳刷與換向器的接觸表面的火花，確定火花等級

由于負載大，電機工作時，換向器與碳刷接觸的火花大，造成了噪音的出現(xiàn)，同時，碳刷磨損的很劇烈?；跈C械噪音上的碳刷和換向器的噪音主要由以下兩方面產(chǎn)生：

電刷振動噪聲：由電刷的徑向跳動和切向擺動產(chǎn)生（主要的解決方法是在碳刷片上加防震塊）

電刷的磨擦噪聲：由電刷表面與換向器表面磨擦作用產(chǎn)生（提高換向器表面光潔度）

如圖1所示：

圖1、碳刷與換向器磨損示意圖 圖2、換向開關(guān)通斷圖

（二）改變換向角度，對比改前和改之后電機的噪音

沒改換向角度的和改了換向角度的兩款電機，它們都帶上水泵，在同等壓力，同等工況下，做噪音測試，并進行壽命實驗，探究兩者之間的區(qū)別。實驗證明，改完換向角度后，電機噪音有改善，同時，壽命實驗后，碳刷磨損減少。如換向開關(guān)通斷圖2所示：

（三）模擬磁路，提高電機效率.

（四）碳刷片上加防震塊，減少電機運轉(zhuǎn)時的震動.

碳刷片上，增加防震塊，帶上泵頭，進行了噪音和震動的測試。增加防震塊后，電機啟動電流有點大，但在試運轉(zhuǎn)后，電機整個噪音和震動有改善。

當電刷在換向器表面上運行時，由于換向器上相鄰換向片絕緣溝槽的存在和表面的徑向跳動，引起的電刷徑向跳動與切向擺動產(chǎn)生噪聲[1]。其頻率是電機的基本旋轉(zhuǎn)頻率的 倍（稱為基本換向片頻率 ，及其倍頻m ）.基本換向片頻率的計算公式如下：

為換向片數(shù)；m是任意正整數(shù)。一般認為 和2 （m=2）頻率的噪音幅值最大，這可能與一個溝槽的兩個邊緣有關(guān)。這種振動噪音都以單頻形式出現(xiàn)，其頻率與轉(zhuǎn)速有明確的比例關(guān)系，而且提刷后立即消失。

（五）由于電機負載大，輸出軸受的是徑向力，運轉(zhuǎn)起來含油軸承溫度過高，潤滑油容易蒸發(fā)損失，改用含高溫潤滑油的軸承。針對電機負載時，后端蓋的含油軸承在多次運轉(zhuǎn)后，里面的油會跑出來，并有黑色的油溢出，所以把先前的低溫含油軸承改為高溫含油軸承，防止在長時間工作時，軸承里油變干，導致刺耳的聲音出現(xiàn)。影響含油軸承噪聲的因素較多，包括軸承尺寸的大小和精度、油脂的粘度、游隙、轉(zhuǎn)速、負載、安裝精度、電機的兩軸承結(jié)構(gòu)狀況等，軸的鋼性、潤滑情況等 。例如：噪聲低于40dB的馬達，常采用含油軸承.含油軸承產(chǎn)生的噪聲頻率，與軸承內(nèi)徑表面上的油槽數(shù)或內(nèi)徑表面上的多棱點數(shù)G成正比例。 關(guān)系式如下：

圖3、軸承磨損示意圖

如圖3所示：在跑壽命過程中，軸承的油被磨干，雜音比較明顯

（六）電樞上的冷卻風葉的設(shè)計，從空氣動力學上對于風葉的瓣數(shù)，一般采用奇數(shù)。

振動與噪聲的物理計量

結(jié)束語：

通過實際的測試驗證，上述論文講述的方案，是針對實際工作的總結(jié)經(jīng)驗，可以有效的給從事電機工作人員提供設(shè)計指導。噪音問題，一直是是家電領(lǐng)域的痛點，通過有效的解決電機噪音，往往又是最直接可行的方案。所以，加強電機的優(yōu)化，提升效率，改善工藝制程，是家電行業(yè)的形勢所趨。

參考文獻

[1]陳釗. 永磁直流電機換向及其相關(guān)問題的研究[D]. 哈爾濱工業(yè)大學， 2010.

[2]陳世坤.電機設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

作者簡介：左杰〈1983，12，21〉男，湖南湘潭縣人，電氣工程及其自動化專業(yè)，從事電機產(chǎn)品研發(fā)工作。