吸油煙機的異常噪聲探討分析

陳愛民

（佛山市順德區美的洗滌電器制造有限公司，廣東佛山 528322）

吸油煙機作為普通家庭廚房的一種電器，已成為人們生活中不可缺少的一部分。隨著人們生活水平的不斷提高以及對健康生活理念的認同，人們對吸油煙機的品質要求也越來越高。過去人們追求的是大風量，快速將烹飪產生的油煙排出廚房，減少油煙對人體健康的損害。如今在滿足排煙的基礎上，人們對吸油煙機運行產生的聲音越來越關注，當產品噪聲品質不良時，線上線下會經常收到較多相關投訴。本文結合作者在家電振動噪聲領域的工作經驗，對吸油煙機經常出現的典型異常噪聲的類型、頻率特征以及改善方法進行綜合分析，以期為相關領域工作人員提供一定參考。

1 吸油煙機噪聲的產生機理

吸油煙機的動力部件主要是風機系統，吸油煙機噪聲主要是由風機運轉產生的，主要包括風聲、結構聲和電磁聲。風聲是葉輪旋轉切割周圍氣體產生的，根據頻率特性不同分為離散噪聲和渦流噪聲。結構聲是由電機振動傳遞至蝸殼、箱體產生的，一般體現為低頻噪聲。電磁聲是由電機定轉子間的氣隙磁場作用于電機定轉子結構產生的，電磁聲的出現一般會伴隨多個倍頻頻率峰值。

2 常見的吸油煙機異常噪聲

一個風機系統匹配良好、結構設計合理的吸油煙機一般不會出現異常噪聲。但往往由于某些產品設計細節考慮不全面，忽略了用戶實際使用環境的要求，導致在實際環境使用過程中，往往會出現一些令人煩惱的聲音，根據人們聽覺的感受，分為以下幾種典型類型[1]：

2.1 嗡嗡聲

嗡嗡聲是一種常見的異常噪聲，其主要頻率特征是100 Hz及其倍頻，吸油煙機匹配單相異步交流電機時經常出現的典型噪聲，這與電機振動密切相關。單相異步交流電機的正序磁場和逆序磁場相互作用是產生100 Hz 振動的主要原因[2]，一般情況下正逆序磁場的相互作用不會徹底消除，因此100 Hz 振動的存在也不可避免。

2.2 嘯叫聲

嘯叫聲通常有兩種類型，一類是電磁嘯叫聲，其主要頻率特征是900 Hz～2000 Hz，頻譜上體現是多個單頻峰值，且峰值比較突出。圖1 是模擬實際廚房環境進行人工頭采集吸油煙機噪聲，其頻譜圖如圖2 所示，可以發現在頻譜圖中存在兩個較大的單頻峰值噪聲。另一類是氣流嘯叫聲，其頻率特征與風輪轉速和風輪葉片數量有關。氣流嘯叫聲頻率可通過公式（1）計算：

圖2 頻譜圖

其中：

n-風輪轉速；

k1-風輪葉片數量。

2.3 轟鳴聲

轟鳴聲的主要頻率特征可通過公式（2）進行計算：

其中

n-風輪轉速；

k2-風輪輪轂開孔數量。

從公式（2）可以看出，轟鳴聲頻率特征與風輪轉速、風輪輪轂開孔數量密切相關。例如某款吸油煙機的風輪輪轂開孔數量為4 孔，如圖3 所示，當風機運轉速度為1350 rpm 時，其轟鳴聲頻率為90 Hz，實際測試的噪聲頻譜如圖4 所示，可以看出頻譜中的90 Hz 峰值噪聲正是轟鳴聲。

圖3 風輪輪轂開4 個孔

圖4 噪聲頻譜圖

3 吸油煙機異常噪聲的改善方法

3.1 嗡嗡聲的改善方法

常用的改善嗡嗡聲的方法是提升電機隔振性能、提高電機支撐架的剛度、選用合適的風輪與電機進行匹配。電機與支撐架之間設置有減振墊，以減小電機振動傳遞至蝸殼和箱體的振動。目前產品上常用的電機減振墊有平墊和工字墊等類型，也有在工字墊基礎上進一步優化隔振性能的特殊工字墊形態等[3]。一般而言，工字墊的隔振性能優于平墊。在實際問題驗證過程中發現，電機支撐架的剛度不足更容易引起蝸殼部件的振動，當將支撐架的厚度由1.5 mm 增加至2 mm 時，電機傳遞至蝸殼的振動明顯減小。風輪與電機匹配不良時，電機運行在其磁場圓度相對較差的工況，此時電機本身的振動會變大，因此選用合適的風輪對于改善嗡嗡聲很關鍵。此外蝸殼結構模態設計應避開100 Hz 及其倍頻頻率，以免引起共振[4]。

3.2 嘯叫聲的改善方法

嘯叫聲主要來源于電磁諧波力和風聲，可以通過提升氣隙均勻度以及設計合理的風輪及蝸舌參數來改善。

3.2.1 提升氣隙均勻度

如圖5 所示，電機定轉子間的氣隙磁場是產生電機振動的力源，當電機制造工藝不良時，電機氣隙產生偏心，氣隙磁場均勻性變差，從而不平衡電磁力變大，同時會產生附件的電磁高頻諧波成分，這些電磁力是產生嘯叫聲的源頭，解決方法是提升定轉子間的氣隙均勻度。定義氣隙均勻度為設計氣隙減去偏心量后與設計氣隙的比值，這樣當氣隙均勻度由40%提升到60%時，嘯叫聲峰值由57 dB(A)降低至45 dB(A)，聽覺改善明顯，如表1 所示。可以通過在生產制造環節增加工裝等手段來提升氣隙均勻度。

表1 不同氣隙均勻度的嘯叫聲峰值

圖5 氣隙偏心

3.2.2 設計合理風輪及蝸舌參數

風輪參數設計不合理，會出現氣流嘯叫的聲音。當出現氣流嘯叫聲時，經常通過調整風輪的葉片數量和設計合理的風輪轉速來避開嘯叫聲頻率。此外，合理設計蝸舌參數也可以避免較大的氣流嘯叫聲產生，比如蝸舌間隙、蝸舌半徑等參數應適當，不宜過大或過小，必要的時候對蝸舌形狀進行一定的優化，也可起到事半功倍的效果。

3.3 轟鳴聲的改善方法

轟鳴聲屬于一種氣動噪聲，其主要與風輪風道的設計密切相關。根據2.3 節中公式（2）可知，通過改變風輪輪轂開孔的數量即可調整轟鳴聲的頻率特征，從而選擇轟鳴聲強度較弱的頻率，風輪輪轂不同開孔數量如圖6 所示。同時設計合理的風輪輪轂開孔形狀和大小，如圖7 所示，也會起到減弱轟鳴聲強度的作用。另外，轟鳴聲的強弱也與風道阻力大小有一定關系，實踐證明，一個阻力損失嚴重的風道結構更容易引發轟鳴聲，因此在設計風道時應盡量避免大的拐彎，防止局部損失過大。

圖6 風輪輪轂不同開孔數量（左邊開3 孔，右邊開7 孔）

圖7 風輪輪轂不同開孔形狀和大小

4 結束語

噪聲品質是吸油煙機產品優良的重要評價指標之一，吸油煙機噪聲品質的改善是一項長期且需持續不斷開展的任務。本文結合實際工作經驗對吸油煙機存在的三類影響噪聲品質的異常噪聲進行了探討分析，為進一步提升吸油煙機產品的品質質量以及優化用戶的產品使用體驗提供參考。