家用微電機(jī)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(jī)的噪音研究及改善。首先，通過對(duì)電機(jī)噪聲源的識(shí)別，認(rèn)識(shí)噪音的產(chǎn)生機(jī)理。其次，通過噪音的理論研究，認(rèn)識(shí)噪音的基本指標(biāo)，從理論的維度研究噪音。再次，通過實(shí)際工作中遇到的問題，采取的措施，依據(jù)理論指導(dǎo)，總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)。從而，從系統(tǒng)上初步認(rèn)識(shí)微電機(jī)的噪音，以及一些實(shí)際的針對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：小功率電機(jī)；火花；電刷；噪聲源；含油軸承

引言

我國小功率電機(jī)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(jìn)步。小功率電機(jī)產(chǎn)業(yè)在我國的發(fā)展分兩個(gè)階段。第一階段，順應(yīng)我國家電業(yè)的需要，運(yùn)用于風(fēng)扇、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)、小家電、保健器具等產(chǎn)品的小功率電機(jī)。國內(nèi)企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)、設(shè)備引進(jìn)吸收，以縮小了同發(fā)達(dá)國家的差距，部分產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)國際先進(jìn)水平，企業(yè)具有了很強(qiáng)的自主研發(fā)能力、自主知識(shí)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(jī)產(chǎn)品在自身大量出口歐美等國際市場的同時(shí)也隨著風(fēng)扇、空調(diào)器等家電主機(jī)產(chǎn)品暢銷國際市場，成為我國機(jī)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(jī)的需求也迅速增長，帶動(dòng)了以永磁直流和無刷直流電機(jī)為主體的車用型小功率電機(jī)的發(fā)展。

一、電機(jī)噪音的噪聲源

（一）電機(jī)噪聲源的識(shí)別

所謂的電機(jī)噪聲源識(shí)別，就是對(duì)電機(jī)上所有存在的聲源進(jìn)行分析，了解其產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)的機(jī)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(jìn)行，即聲源、聲音的傳播途徑以及聲音的接受者。對(duì)聲源的控制的關(guān)鍵主要是對(duì)噪聲源的識(shí)別。一個(gè)產(chǎn)品一般有多個(gè)噪聲源，通過測(cè)試儀器和信號(hào)處理技術(shù)的分析，對(duì)電機(jī)的主要噪聲源進(jìn)行針對(duì)的分析，從而到達(dá)減振降噪的目的。噪聲的傳出也就是能量的另外一種形勢(shì)的傳播，噪聲源的識(shí)別就是分析能量的過程，任務(wù)包括針對(duì)一個(gè)產(chǎn)品先分析它的能量來源，其傳播途徑是什么，哪個(gè)部件發(fā)出的，它在整個(gè)噪音源所占的比重，分清主次，有的放矢的改進(jìn)；其次，了解聲源的頻率成分、輻射特性和產(chǎn)生的機(jī)理，利用聲學(xué)測(cè)試儀器和隨機(jī)信號(hào)處理技術(shù)對(duì)噪聲源進(jìn)行精確的鑒別。噪聲源識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)技術(shù)的發(fā)展，噪聲源識(shí)別技術(shù)在這近十年的時(shí)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(xiàng)目開發(fā)的成功率。一款新電機(jī)的開發(fā)，從研發(fā)初期，就把噪音的研究考慮進(jìn)出，對(duì)在其后量產(chǎn)時(shí)，可以減少項(xiàng)目開發(fā)的周期，利于產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。

二、電機(jī)噪聲的應(yīng)對(duì)措施

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

由于負(fù)載大，電機(jī)工作時(shí)，換向器與碳刷接觸的火花大，造成了噪音的出現(xiàn)，同時(shí)，碳刷磨損的很劇烈?；跈C(jī)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(dòng)噪聲：由電刷的徑向跳動(dòng)和切向擺動(dòng)產(chǎn)生。

針對(duì)電刷的振動(dòng)噪聲，主要的解決方法是在碳刷片上加防震塊，以及調(diào)整彈簧的壓力，全部電刷壓力差不能超過±10%。電刷壓力是保證正常換向的重要條件。電刷壓力過小，會(huì)造成電刷跳動(dòng)和接觸壓降不穩(wěn)定；壓力大，接觸壓降減小；但壓力過大，則可能造成電刷機(jī)械磨損增加，換向器溫升增高。

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。

針對(duì)電刷的摩擦噪聲，主要的解決方法提高換向器表面光潔度，改善換向器表面處理工藝，以及碳刷材質(zhì)中的含銅比例。

1.改變換向角度，對(duì)比電機(jī)電樞換向角度改前和改之后電機(jī)的噪音

電機(jī)換向時(shí)的換向區(qū)域內(nèi)的磁場極性，保持在線圈未進(jìn)入換向前原來所處的磁場極性，消除換向線圈中電抗電勢(shì)和換向電勢(shì)的存在[1]。例如：沒改換向角度的和改了換向角度的兩款電機(jī)，它們都帶上水泵，在同等壓力，同等工況下，做噪音測(cè)試，并進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)，探究兩者之間的區(qū)別。實(shí)驗(yàn)證明，改完換向角度后，電機(jī)噪音有改善，同時(shí)，壽命實(shí)驗(yàn)后，碳刷磨損減少。

2.模擬磁路，改善磁路的不平衡磁力及氣隙的電磁力波，提高電機(jī)效率。

3.碳刷片上加防震塊，減少電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的震動(dòng)。

碳刷片上，增加防震塊，帶上泵頭，進(jìn)行了噪音和震動(dòng)的測(cè)試。增加防震塊后，電機(jī)啟動(dòng)電流有點(diǎn)大，但在試運(yùn)轉(zhuǎn)后，電機(jī)整個(gè)噪音和震動(dòng)有改善。

當(dāng)電刷在換向器表面上運(yùn)行時(shí)，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(dòng)，引起的電刷徑向跳動(dòng)與切向擺動(dòng)產(chǎn)生噪聲[2]。其頻率是電機(jī)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(jì)算公式如下：

為換向片數(shù)；m是任意正整數(shù)。一般認(rèn)為 和2 （m=2）頻率的噪音幅值最大，這可能與一個(gè)溝槽的兩個(gè)邊緣有關(guān)。這種振動(dòng)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。

4.由于電機(jī)負(fù)載大，輸出軸受的是徑向力，運(yùn)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(duì)電機(jī)負(fù)載時(shí)，后端蓋的含油軸承在多次運(yùn)轉(zhuǎn)后，里面的油會(huì)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(shí)間工作時(shí)，軸承里油變干，導(dǎo)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(fù)載、安裝精度、電機(jī)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(dá)，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(diǎn)數(shù)G成正比例。在跑壽命過程中，軸承的油被磨干，雜音比較明顯

關(guān)系式如下：

5.電樞上的冷卻風(fēng)葉的設(shè)計(jì)，從空氣動(dòng)力學(xué)上對(duì)于風(fēng)葉的瓣數(shù)，一般采用奇數(shù)。

結(jié)束語：

通過實(shí)際的測(cè)試驗(yàn)證，上述論文講述的方案，是針對(duì)實(shí)際工作的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，可以有效的給從事電機(jī)工作人員提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。噪音問題，一直是是家電領(lǐng)域的痛點(diǎn)，通過有效的解決電機(jī)噪音，往往又是最直接可行的方案。所以，加強(qiáng)電機(jī)的優(yōu)化，提升效率，改善工藝制程，是家電行業(yè)的形勢(shì)所趨。

參考文獻(xiàn)

[1]胡麗姬.電動(dòng)工具產(chǎn)品的換向火花改善[J].電動(dòng)工具，2009（2）：24-26

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

[3]陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)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(dòng)化專業(yè)，從事電機(jī)產(chǎn)品研發(fā)工作。endprint