家用微電機的噪音研究與改善

摘 要：主要內容是介紹家電產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，依據理論指導，總結的經驗。從而，從系統上初步認識微電機的噪音，以及一些實際的針對措施。

關鍵詞：小功率電機；火花；電刷；噪聲源；含油軸承

引言

我國小功率電機產業經過40多年的發展，特別是改革開放20多年以來的快速發展，取得了長足進步。小功率電機產業在我國的發展分兩個階段。第一階段，順應我國家電業的需要，運用于風扇、空調、冰箱、洗衣機、抽油煙機、小家電、保健器具等產品的小功率電機。國內企業通過技術引進、設備引進吸收，以縮小了同發達國家的差距，部分產品的技術水平已達國際先進水平，企業具有了很強的自主研發能力、自主知識產權，也形成了一些具有廣泛市場和知名度的產品品牌。電機產品在自身大量出口歐美等國際市場的同時也隨著風扇、空調器等家電主機產品暢銷國際市場，成為我國機電出口業務的主要部分。第二階段，隨著汽車工業的快速發展，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。對聲源的控制的關鍵主要是對噪聲源的識別。一個產品一般有多個噪聲源，通過測試儀器和信號處理技術的分析，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，任務包括針對一個產品先分析它的能量來源，其傳播途徑是什么，哪個部件發出的，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、輻射特性和產生的機理，利用聲學測試儀器和隨機信號處理技術對噪聲源進行精確的鑒別。噪聲源識別技術的發展，隨著計算機技術和數字信號技術的發展，噪聲源識別技術在這近十年的時間發展迅速，從一般簡單粗略的鑒別，發展成為更加精密的鑒別，大大提高了項目開發的成功率。一款新電機的開發，從研發初期，就把噪音的研究考慮進出，對在其后量產時，可以減少項目開發的周期，利于產品的轉化。

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，同時，碳刷磨損的很劇烈。基于機械噪音上的碳刷和換向器的噪音主要由以下兩方面產生：

電刷振動噪聲：由電刷的徑向跳動和切向擺動產生（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生噪聲[1]。其頻率是電機的基本旋轉頻率的 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；m是任意正整數。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。這種振動噪音都以單頻形式出現，其頻率與轉速有明確的比例關系，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，運轉起來含油軸承溫度過高，潤滑油容易蒸發損失，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。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、轉速、負載、安裝精度、電機的兩軸承結構狀況等，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.含油軸承產生的噪聲頻率，與軸承內徑表面上的油槽數或內徑表面上的多棱點數G成正比例。 關系式如下：

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計，從空氣動力學上對于風葉的瓣數，一般采用奇數。

振動與噪聲的物理計量

結束語：

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經驗，可以有效的給從事電機工作人員提供設計指導。噪音問題，一直是是家電領域的痛點，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，加強電機的優化，提升效率，改善工藝制程，是家電行業的形勢所趨。

參考文獻

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

[2]陳世坤.電機設計[M].北京：機械工業出版社，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，從事電機產品研發工作。