空調用鼓風機異響分析及解決方案

崔建維，吳春來

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

客戶對整車NVH性能越來越關注，而駕駛室內空調的NVH又是很重要的一環，駕駛室內鼓風機異響為空調系統異響的最重要因素之一。某輕型卡車量產多年后，市場多次反饋鼓風機有異響，初步統計異響故障為88例（表1）。本文結合鼓風機原理和構成，對異響進行分析并制定有效措施。

表1 鼓風機異響統計數據

1 空調鼓風機的結構和原理

鼓風機一般分為有刷風機和無刷風機，輕型卡車基于成本等因素基本采用有刷風機。有刷風機一般由電樞分總成（轉子）、電機殼總成（定子）、端蓋分總成、刷架盒總成和葉輪總成組成，見圖1。定子為永磁式，由機殼及磁鋼組成，轉子鐵芯上有繞組，通電后轉子上形成磁場，在定子磁場的相互吸引下使電機旋轉[1]。

圖1 鼓風機組成結構圖

2 故障分析

對退回件實物確認，退回風機外觀無異常，風機通電后工作正常（圖2），但風機整體異響較大。

圖2 鼓風機返件測試圖

針對上述鼓風機異響進行FTA調查（圖3），對異響原因進行各項分析。

圖3 對鼓風機異響進行FTA調查

1）換向器和碳刷磨合狀態：拆解鼓風機故障件，檢查換向器的磨合狀態，對換向器的新件進行分析，檢查磨合前的狀態。通過拆解、檢查分析，發現故障件換向器和碳刷磨合效果差，新件個別換向器的槽口存在毛刺（圖4）。

圖4 換向器拆解對比

通過對比發現換向器磨損嚴重，且新件存在毛刺等不光滑狀態，基本鎖定為異響原因之一。

2）碳刷和碳刷盒來件是否合格：對碳刷和碳刷盒來件進行精測，各抽取5件測量（表2），結果合格。

表2 碳刷和刷盒抽檢表

3）碳刷與碳刷盒間隙狀態：拆解鼓風機故障件，檢查碳刷與碳刷盒之間的間隙，對插片的結構、狀態進行確認。插片狀態良好，故障件發現個別件存在插片變形，導致鉚接后產生間隙。拆片變形原因為包裝結構不合理，導致擠壓變形，已經整改到位（圖5），非異響的原因。

圖5 調查圖

4）碳刷是否異常磨損：拆解鼓風機故障件，檢查碳刷的磨損狀態，對換向器磨合后的狀態、碳刷在換向打火的狀態進行檢查（圖6）。通過檢查，發現故障件碳刷磨合后表面燒蝕發黑嚴重，換向器表面發紅，是異響的主要原因。

圖6 碳刷返件拆解對比圖

5）機殼端面是否凸臺、毛刺，端蓋鉚接松動：檢查發現端蓋表面平整無凸臺和毛刺，鉚接部位尺寸滿足設計要求，鉚接后固定牢靠，故不存在影響碳刷和碳刷盒間隙的因素。

6）電機軸承尺寸是否滿足要求、電機軸承高低溫后尺寸是否超差：隨機抽取10個軸承進行測量，測量值均在設計范圍內（圖7），對經過高低溫的軸承進行測量，測量值均在設計范圍內（圖8）。

圖7 軸承尺寸測量圖

圖8 軸承高低溫后尺寸測量圖

7）鼓風機與殼體配合確認：拆解鼓風機故障件，使鼓風機與殼體分離，通過風機葉輪、鼓風機殼體尺寸校核和風機通電運行檢查，確認異響非鼓風機干涉導致。

8）風機葉輪動平衡檢查：葉輪外觀檢查，無開裂損壞，平衡塊固定牢靠。葉輪孔與轉子軸無相對運動，無竄動，對故障件葉輪進行動平衡試驗（葉輪1800r/min殘余不平衡＜7.5g·mm），葉輪動平衡滿足設計要求。

3 制定對策及驗證

經過上述原因分析后，確認鼓風機異響的主要原因為換向器、碳刷磨合效果差和碳刷異常磨損，針對該兩項進行整改。

1）換向器和碳刷磨合效果差處理對策：①車削工藝改進，精車機車削刀采用正、反方向車削方式，確保換向器的槽口無毛刺，從而降低電機噪聲（圖9）；②碳刷與換向器的接觸尖角角度優化，使碳刷可以與換向器快速吻合接觸，使得電機的碳刷聲音更柔和。

2）碳刷異常磨損、燒蝕處理對策：①碳刷從國產東南碳刷更換為日本富士電刷，提升電刷耐久性；②磁瓦從等厚修改為偏心不等厚斜角磁瓦（圖10），磁瓦偏心處理，電機氣隙不對稱，可以抑制電機齒槽轉矩脈動，使得電樞在磁場中的電磁振動得以減小，從而降低電機的換向火花。

圖10 磁瓦尺寸優化圖

對整改后的鼓風機運行驗證，耐久試驗狀態良好，無燒蝕發紅，無異響。統計整改一年后的車，在市場上無鼓風機異響故障。

4 總結

通過對空調鼓風機異響問題進行分析，經過PDCA流程確認異響的主要原因。通過車削工藝改進，碳刷與換向器的接觸尖角角度優化，碳刷更換為日本富士電刷和磁瓦從等厚修改為偏心不等厚斜角磁瓦的措施，解決了鼓風機異響問題的同時為后期其他部件優化提供一定的思路。