家用制冰機電機噪聲的分析及優化

張 磊 朱智平 陳永飛 齊利娜 張 浩

（1.浙江聯宜電機有限公司 東陽 322118；2.橫店集團東磁股份有限公司 東陽 322118）

引言

隨著人們對生活品質的不斷提高，對食品多樣化的要求也越來越多，飲品更是如此，許多人已不局限于以“健康”的熱飲為主，更喜歡刺激爽快的冰飲。在居家生活中，可以隨時在家享受一杯冰飲更是一件非常愜意的事情，因此家用制冰機也應運而生。

一口一塊易咀嚼冰塊，口感很贊，提供了更好的食用口感，讓冰塊易碎更易咀嚼，含入口中，帶來如雪花般的清爽體驗。音樂跟美酒總是特別相配，音樂讓酒更浪漫，酒讓音樂更有韻味，而一杯冰鎮的酒則讓欣賞音樂的人更能品出其中的情感與真意。

電機作為家用制冰機的核心驅動部件，它在為制冰機提供動力的同時，機械運動也不可避免的帶來了振動與噪聲等其他影響。

由于家電產品的噪聲指標直接關系到消費者生活體驗的好壞[1]，因此，在節能的基礎上加大技術研發和創新，嚴格并提高行業標準，持續降低產品噪聲值，讓消費者擁有更好的生活體驗成為必然。

隨著人們生活水平的不斷提高，出于對更加美好生活的向往和追求，對家用電器產品的質量、功能、噪聲等性能也提出了越來越高的要求[2]。家用制冰機降噪優化設計成為家用制冰機制造企業重點關注的問題之一。

1 家用制冰機電機噪聲原因分析

電機是將電能轉化為機械能，再利用機械能產生動能來驅動其他裝置的電氣設備[2]。家用制冰機螺旋式制冰機構連接電機減速箱出軸，電機為螺旋狀的刮冰刀把冰從璧上刮下來提供旋轉力矩動力，同時在冰往上推的過程中，電機減速箱出軸為受到的反向作用力提供支撐。電機工作時由于電磁場感應以及機械運動，通常有多種噪聲原因同時存在，主要有電機漏磁吸附外殼噪聲、減速器機械傳動噪聲等。

1.1 電機漏磁吸附外殼噪聲

目前家用制冰機行業里主要以凸極式集中勵磁罩極電動機結構，電動機極數以2極為主，主要優勢是罩極電動機結構簡單，制造方便，不用另加繞組和電容器，適合批量化生產，成本低廉。并且噪音低，沒有無線電不擾。但是劣勢是凸極式集中勵磁罩極電動機氣隙太大或不均勻，磁力線不能完全閉合，穿透到鐵芯和定子上，形成漏磁。此外，凸極式集中勵磁罩極電動機的鐵芯材料一般以高鐵損（800以上矽鋼片）為主，磁性能較差，導致漏磁增加。

為了考慮產品的大小，家用制冰機的結構一般比較緊湊，四周外殼為鐵質鈑金沖壓件，且距離電機比較近，一般為5 mm左右，凸極式集中勵磁罩極電動機漏磁對家用制冰機外殼會造成吸附的現象，此外家用制冰機外殼較薄，吸附會造成鐵質鈑金沖壓件振動變形，產生噪聲；在吸附現象中，電機在啟動瞬間或者負載變化的過程中，產生的影響更加明顯。

1.2 減速器機械傳動噪聲

目前家用制冰機電機的噪聲來源一部分主要為減速器齒輪機械傳動的噪聲，齒輪在相互嚙合傳動時，由于相互的碰撞或摩擦激起齒輪體振動而輻射出來的噪聲。噪聲的大小與齒輪選用材料，齒輪以及相關零部件加工的質量和精度以及零部件的安裝、配合精度等都有關系。

齒輪設計方面：齒輪箱結構設計不合理等。齒輪加工方面：齒形齒向誤差過大，齒側間隙過大，表面粗糙度過大等。齒輪系及齒輪箱方面：裝配偏心，接觸精度低，軸的平行度差等。都會在減速器運轉過程中產生機械振動和噪聲。

2 家用制冰機電機降噪技術優化設計

2.1 電機漏磁優化方案

電機漏磁是電機中不可避免的現象，但是過多的漏磁會影響電機的性能和效率。為了減少電機漏磁，要選擇合理結構和設計方案的電機，要合理設計電機的磁路以及定轉子槽型，選擇導磁性能好的定轉子鐵芯材料。只有這樣，才能保證電機的正常運行和高效工作，滿足不同行業的使用要求。

以某款家用制冰機所用的凸極式集中勵磁罩極電動機在使用中遇到噪聲問題的優化方案為例。該款電機在裝入制冰機做可靠性測試時發現噪聲偏大，經過分析和對比驗證判斷，噪聲原因一部分來自電機漏磁吸附產品鐵質鈑金沖壓件外殼振動噪聲。采用滿足客戶相同使用要求的單相電容運轉異步電動機后，電機產生正弦規律一個變化的交變的脈沖磁場，電動機氣隙均勻且很小,漏磁更小，效率更高，有效解決了電動機漏磁對家用制冰機外殼造成的吸附現象。兩種電機的主要技術參數見表1。

表1 兩種電機的主要技術參數

本文介紹一種用來對比不同電機漏磁大小的方法：采用長度80 mm*寬度20 mm*厚度0.1 mm的鐵片，鐵片高度位于電機定子鐵芯中間，鐵皮一端固定，另外一端正對電機定子鐵芯中間，測試電機啟動瞬間鐵片基本不動時的最遠距離，來比較兩款電機漏磁大小。

凸極式集中勵磁罩極電動機的平均最遠距離約為170 mm，單相電容運轉異步電動機的平均最遠距離約為35 mm，距離降低79.507 %。兩種電機的漏磁測試方法見圖1，兩種電機的漏磁測試距離數據見表2。

圖1 兩種電機的漏磁測試方法

表2 兩種電機的漏磁測試距離數據

2.2 減速器機械噪聲優化方案

以某款家用制冰機所用的電動機在開發中遇到噪聲問題優化方案為例。

1）單相電容運轉異步電動機4極方案取代凸極式集中勵磁罩極電動機2極方案[3]，電機額定轉速3 300 RPM降低至1 650 RPM，在齒輪相互嚙合傳動時，尤其一級齒輪嚙合速度最快，一級嚙合速度降低后，噪聲可以有效降低；減速器減速比640調整至320，4級齒輪傳動改為3級齒輪傳動，減少傳遞級數和齒輪數量，降低機械傳動噪聲，如圖2所示。

圖2 兩種電機齒輪箱結構設計

2）由于家用制冰機在使用過程中運行環境以及使用工況相對穩定[4]，對齒輪減速電動機的輸出力矩要求相對較低，但對產品的運行噪聲反而有很高的要求，故減速器的I級傳動副通常設計為金屬齒輪與塑料齒輪傳動嚙合。齒輪傳動設計中金屬齒輪與塑料齒輪配對設計，通過塑料材料的應用使產品在使用過程中大大的降低了齒輪副嚙合的噪聲，有效提升用戶的使用體驗。

3）齒輪拋光，去除齒輪毛刺，提升齒輪表面光潔度，提高齒輪嚙合精度，減少傳動雜音，更加平穩，同時避免因毛刺而產生的振動問題，以達到降低噪聲的效果。齒輪在高速嚙合時，也避免了因毛刺脫落而導致的劃傷、卡齒等問題，提升齒輪的使用壽命。

4）由于電機軸齒與一級齒輪嚙合速度最快，而軸齒長度較長，由于裝配累計誤差，軸齒的跳動往往比較大，軸齒與一級齒輪平行度不一致，會導致旋轉運動時產生噪聲和振動，甚至運轉會產生卡滯的現象。通過裝配工藝控制轉子軸齒部與減速器端面垂直度≤0.08，提升齒輪接觸精度和垂直度，可以有效降低噪聲。

通過開發中采用上述方案優化，電機的噪聲得到明顯的改善提升。兩種電機的噪聲測試對比數據見表3。

表3 兩種電機的噪聲測試對比數據

3 專利

根據設計方案優化和機械結構的重大改進申請了相關專利，目前,該產品涉及知識產權情況如下：

發明專利已受理1項:

齒輪拋光裝置，專利號：CN201910253993.6。

實用新型專利已授權3項:

1）齒輪拋光裝置，專利號：CN201920421753.8；

2）小型制冰機的動力總成，專利號：CN202221411476.0；

3）一種緊湊型電機，CN202221126009.3。

4 結語

綜上，采用滿足相同使用要求的單相電容運轉異步電動機可以解決凸極式集中勵磁罩極電動機漏磁吸附外殼噪聲；同時采用幾種機械噪聲降噪技術措施，可降低家用制冰機電機噪聲（4～6）dB。在針對細分行業，根據行業不同的要求，在設計開發過程中需要采用一種或多種綜合降低電機噪聲的優化方案，達到降低噪聲的目的，不斷改善用戶的體驗感、安全感，最終達到家用制冰機的噪聲標準。