家電電機(jī)噪聲分析及降噪技術(shù)探討

摘 要：分析總結(jié)了家電電機(jī)噪聲的來源，指出了噪聲對(duì)人體的危害性。針對(duì)家電電機(jī)的噪聲，總結(jié)了幾種行之有效的降噪措施。結(jié)果表明，對(duì)電機(jī)進(jìn)行技術(shù)降噪，可有效降低電機(jī)噪聲8～10 dB。家電生產(chǎn)商可針對(duì)性地采用一種或多種降噪措施，不斷改善用戶的使用體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：家電電機(jī);噪聲分析;降噪技術(shù)

0 ? ?引言

當(dāng)前，全球進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，技術(shù)創(chuàng)新極大地推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展，越來越多的家電產(chǎn)品走進(jìn)普通消費(fèi)者的家中，成了居民生活的必需品[1]。

隨著消費(fèi)者生活水平的提高，人們出于對(duì)美好生活的追求和向往，對(duì)家電的質(zhì)量、功能、噪聲等性能提出了越來越高的要求。

但由于目前的技術(shù)水平的限制，只要是有內(nèi)置電機(jī)的家電，噪聲都是個(gè)無法回避的問題，家電降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)成為家電企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問題之一[2]。

1 ? ?家電噪聲的危害

家電中所使用的電機(jī)噪聲都較大，不僅破壞了人們的休息環(huán)境，還會(huì)危害人們的健康。數(shù)據(jù)表明，電視和錄音機(jī)產(chǎn)生的噪聲最高可達(dá)60～80 dB，洗衣機(jī)產(chǎn)生的噪聲最高可達(dá)42～70 dB[3]。依照《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 22337—2008）規(guī)定，住宅區(qū)的噪聲白天應(yīng)低于50 dB，夜間應(yīng)低于45 dB。因此，家電電機(jī)的噪聲污染容易使人們煩躁，影響人們的生活體驗(yàn)。

據(jù)專家介紹，噪聲不僅明顯影響睡眠，容易引起神經(jīng)衰弱，還會(huì)對(duì)人體造成各種危害。首先，家電噪聲會(huì)對(duì)用戶的聽力造成損害。據(jù)臨床醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)，如果長期生活在80 dB以上的噪聲環(huán)境中，約有50%的人容易失聰、失鳴。其次，家用電器的噪聲還會(huì)給人們的視力帶來一定的影響。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噪聲達(dá)到80 dB時(shí)，2/5的人會(huì)出現(xiàn)瞳孔放大、視力模糊癥狀。此外，家電噪聲還會(huì)損害心血管系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)研究表明，噪聲是心血管疾病的一個(gè)危險(xiǎn)因素。專家們通過人體和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，長期接觸噪聲會(huì)增加腎上腺素分泌，導(dǎo)致血壓升高，血脂成分中甘油三酯升高，對(duì)人體的心臟有不利影響[3-4]。

2 ? ?家電電機(jī)噪聲源分析

電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再利用機(jī)械能產(chǎn)生動(dòng)能來驅(qū)動(dòng)其他裝置的電氣設(shè)備。家電中經(jīng)常會(huì)使用到電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，因此在使用過程中會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。電機(jī)工作時(shí)通常有多種噪聲源同時(shí)并存，主要有電磁噪聲、電機(jī)機(jī)械噪聲、空氣動(dòng)力噪聲以及散熱風(fēng)扇噪聲等。

2.1 ? ?電磁噪聲

電磁噪聲主要是由時(shí)間和空間的變化以及電機(jī)各部分之間的磁張力引起的。氣隙空間中的磁場是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的力波。電機(jī)在工作時(shí)，其徑向電磁力會(huì)引起定子鐵芯軛的膨脹和變形，從而產(chǎn)生空氣脈動(dòng)引起的噪聲;切向電磁力會(huì)引起定子鐵芯齒的彎曲和變形。當(dāng)定子鐵芯的固有頻率接近徑向電磁力波的頻率時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生共振噪聲。

2.2 ? ?電機(jī)機(jī)械噪聲

現(xiàn)有電機(jī)的機(jī)械噪聲來源主要包括電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械由于不平衡而產(chǎn)生的振動(dòng)、軸承振動(dòng)、受軸承激振而產(chǎn)生的端蓋軸向振動(dòng)、電刷和換向器（或集電環(huán)）之間的摩擦振動(dòng)等。轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良是造成機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械噪聲的最常見原因之一。機(jī)械噪聲與元器件所用材料，制造質(zhì)量及電機(jī)安裝、調(diào)整、配合精度有關(guān)。

2.3 ? ?空氣動(dòng)力噪聲

電機(jī)的空氣動(dòng)力噪聲主要分為渦旋噪聲和笛鳴噪聲。渦旋噪聲產(chǎn)生的原因主要是轉(zhuǎn)子和風(fēng)機(jī)引起的冷卻空氣湍流和旋轉(zhuǎn)表面的交變渦旋，而笛鳴噪聲是由壓縮空氣或空氣摩擦固定障礙物產(chǎn)生的。電機(jī)內(nèi)的笛鳴噪聲主要是由徑向通風(fēng)溝引起的，該噪聲隨著旋轉(zhuǎn)部件與固定部件的氣隙的減小而增大[5]。

2.4 ? ?散熱風(fēng)扇噪聲

電機(jī)運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部電能損耗會(huì)產(chǎn)生熱量，熱量通過鐵芯傳遞到電機(jī)機(jī)體上，再由電機(jī)機(jī)體表面輻射到周圍空氣中。對(duì)于高轉(zhuǎn)速的家電如攪拌機(jī)，其電機(jī)轉(zhuǎn)子和電機(jī)轉(zhuǎn)軸具有很高的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，對(duì)散熱要求高。因此，大部分的家電電機(jī)內(nèi)都設(shè)置了散熱風(fēng)扇，散熱風(fēng)扇高速運(yùn)作也會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。此外，電機(jī)長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)以后，熱量散發(fā)速度低于熱量產(chǎn)生速度，就會(huì)使得熱量無法快速及時(shí)散出，導(dǎo)致熱量聚積在電機(jī)內(nèi)部，不僅容易導(dǎo)致電機(jī)機(jī)能的下降，影響使用效果，甚至還會(huì)燒毀電機(jī)內(nèi)部零部件，縮短電機(jī)的使用壽命。

3 ? ?家電電機(jī)降噪技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 ? ?定子與轉(zhuǎn)子設(shè)置隔音板

為了提高電機(jī)的散熱性能，降低工作噪聲，林峰[6]設(shè)計(jì)了一種家電攪拌機(jī)用的散熱性好的低噪電機(jī)，包括前蓋、機(jī)身和后蓋，如圖1所示。該電機(jī)機(jī)身內(nèi)部設(shè)有電機(jī)軸，電機(jī)軸上設(shè)有定子和轉(zhuǎn)子，電機(jī)軸上位于定子的前側(cè)設(shè)有前隔音板，電機(jī)軸上位于定子的后側(cè)設(shè)有后隔音板，消聲孔設(shè)置在前、后隔音板上，機(jī)身的內(nèi)壁上均勻設(shè)有若干吸音槽。另一方面，機(jī)身外壁上設(shè)有若干散熱翅片和散熱槽。散熱風(fēng)扇設(shè)置在電機(jī)軸上后隔音板的后側(cè)，風(fēng)扇的每個(gè)葉片邊緣處均設(shè)為鋸齒狀，前蓋和后蓋的端面上均設(shè)有若干散熱孔，后蓋的內(nèi)側(cè)壁上均勻設(shè)有若干軸向分布的加強(qiáng)筋。通過設(shè)計(jì)的前隔音板和后隔音板，將電機(jī)工作時(shí)定子和轉(zhuǎn)子發(fā)出的聲音進(jìn)行隔離，減少散發(fā)到外界的聲音;同時(shí)聲音和氣流通過消聲孔流通，產(chǎn)生衰減，進(jìn)一步降低了聲音強(qiáng)度，減少了噪聲;通過機(jī)身內(nèi)壁設(shè)置的吸音槽，增加機(jī)身的表面積，增強(qiáng)對(duì)聲音的吸收，減弱聲音反射能力，也起到了降低噪聲的作用。加強(qiáng)筋一方面能加強(qiáng)后蓋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另一方面使進(jìn)入到后蓋內(nèi)的氣流分流，不僅降低了氣流流通噪聲，而且降低了氣流的流速，延長了氣流流動(dòng)時(shí)間，擴(kuò)大了后蓋與氣流之間的接觸面積，提高了散熱效率，改善了電機(jī)整體質(zhì)量。

3.2 ? ?設(shè)置減震、吸音結(jié)構(gòu)

為降低電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲，余學(xué)群等人[7]為電機(jī)設(shè)計(jì)了減震墊和吸音墊，如圖2所示。這種設(shè)計(jì)包括殼體、支撐座、底座、軸承、軸承座、定子、轉(zhuǎn)子、減震墊、吸音墊、散熱風(fēng)扇和加固桿，采用減震和吸音的手段來消減電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于振動(dòng)和散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。

電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的噪聲有電機(jī)安裝不穩(wěn)定產(chǎn)生的振動(dòng)造成的噪聲、散熱風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)切割氣流導(dǎo)致的噪聲，還有軸承、電磁等產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。利用減震墊的彈性緩沖效果以及加固桿的加固，可以減少電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng);通過將散熱風(fēng)扇的扇葉設(shè)置為不等距，可使散熱風(fēng)扇相對(duì)于傳統(tǒng)的等距扇葉風(fēng)扇噪聲更低，再通過吸音墊的吸音可進(jìn)一步減少噪聲;噪聲在傳遞至吸音層時(shí)，通過吸音層的多孔結(jié)構(gòu)，在孔內(nèi)反射受到損耗，再通過吸音層的共振作用，可有效減少噪聲的傳遞，為人們提供一個(gè)舒適的生活環(huán)境。

3.3 ? ?散熱集風(fēng)罩

為了降低散熱風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲，倪祖根[8]設(shè)計(jì)了一種具有降噪效果的集風(fēng)罩，如圖3所示。集風(fēng)罩包括相套設(shè)的端蓋、內(nèi)側(cè)罩和外側(cè)罩，內(nèi)側(cè)罩和外側(cè)罩的上部連接處形成出風(fēng)面，內(nèi)側(cè)罩的側(cè)壁上沿周向形成多個(gè)過風(fēng)孔，內(nèi)側(cè)罩范圍內(nèi)形成第一風(fēng)道，內(nèi)側(cè)罩和外側(cè)罩之間形成第二風(fēng)道，第一風(fēng)道和第二風(fēng)道通過過風(fēng)孔相連通，在其中一個(gè)風(fēng)道設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，出風(fēng)口設(shè)置在另一風(fēng)道的另一端。另一方面，氣流到達(dá)進(jìn)風(fēng)狹縫時(shí)，有一部分進(jìn)風(fēng)會(huì)撞擊到斜面結(jié)構(gòu)上，然后進(jìn)入進(jìn)風(fēng)狹縫，避免這一部分進(jìn)風(fēng)垂直撞擊到阻擋面上，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。

集風(fēng)罩、電機(jī)與第一風(fēng)道和第二風(fēng)道通過過風(fēng)孔相連通，使得出風(fēng)在經(jīng)過集風(fēng)罩時(shí)需折彎后才能從出風(fēng)孔吹出，因而達(dá)到了消音的效果。該電機(jī)噪聲相較于使用現(xiàn)有集風(fēng)罩的電機(jī)降低了5～6 dB，用戶體驗(yàn)好。

4 ? ?結(jié)語

綜上，采用上述幾種降噪技術(shù)措施，可降低電機(jī)噪聲8～10 dB。為了有效控制和降低家電電機(jī)的噪聲污染，家電制造商不僅要在生產(chǎn)過程中控制質(zhì)量，還要準(zhǔn)確診斷和識(shí)別家電電機(jī)的噪聲來源，針對(duì)性地采用一種或多種綜合降噪措施，以達(dá)到降低家電電機(jī)噪聲的目的，不斷改善用戶的體驗(yàn)。

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[8] 倪祖根.具備降噪功能的集風(fēng)罩、電機(jī)及吸塵器：CN2019-21403959.4[P].2020-06-16.

收稿日期：2021-08-30

作者簡介：鄧健雄（1973—），男，廣東江門人，工程師，從事家電電機(jī)的研發(fā)工作。