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家用微电机的噪音研究与改善

发布时间:2018-06-12
左杰
(佛山市美的清湖净水设备有限公司,广东佛山,528312)
  摘 要:主要内容是介绍家电产品中微电机的噪音研究及改善。首先,通过对电机噪声源的识别,认识噪音的产生机理。其次,通过噪音的理论研究,认识噪音的基本指标,从理论的维度研究噪音。再次,通过实际工作中遇到的问题,采取的措施,依据理论指导,总结的经验。从而,从系统上初步认识微电机的噪音,以及一些实际的针对措施。
  关键词:小功率电机;火花;电刷;噪声源;含油轴承
  引言
  我国小功率电机产业经过40多年的发展,特别是改革开放20多年以来的快速发展,取得了长足进步。小功率电机产业在我国的发展分两个阶段。第一阶段,顺应我国家电业的需要,运用于风扇、空调、冰箱、洗衣机、抽油烟机、小家电、保健器具等产品的小功率电机。国内企业通过技术引进、设备引进吸收,以缩小了同发达国家的差距,部分产品的技术水平已达国际先进水平,企业具有了很强的自主研发能力、自主知识产权,也形成了一些具有广泛市场和知名度的产品品牌。电机产品在自身大量出口欧美等国际市场的同时也随着风扇、空调器等家电主机产品畅销国际市场,成为我国机电出口业务的主要部分。第二阶段,随着汽车工业的快速发展,车用小功率电机的需求也迅速增长,带动了以永磁直流和无刷直流电机为主体的车用型小功率电机的发展。
  一、电机噪音的噪声源
  (一)电机噪声源的识别
  所谓的电机噪声源识别,就是对电机上所有存在的声源进行分析,了解其产生噪声和振动的机理,再确定声源和振源的部位,分析声源振源的特性,然后按照声源的大小排列出顺序,从而确定出主要噪声。噪声的控制一般从以下方面进行,即声源、声音的传播途径以及声音的接受者。对声源的控制的关键主要是对噪声源的识别。一个产品一般有多个噪声源,通过测试仪器和信号处理技术的分析,对电机的主要噪声源进行针对的分析,从而到达减振降噪的目的。噪声的传出也就是能量的另外一种形势的传播,噪声源的识别就是分析能量的过程,任务包括针对一个产品先分析它的能量来源,其传播途径是什么,哪个部件发出的,它在整个噪音源所占的比重,分清主次,有的放矢的改进;其次,了解声源的频率成分、辐射特性和产生的机理,利用声学测试仪器和随机信号处理技术对噪声源进行精确的鉴别。噪声源识别技术的发展,随着计算机技术和数字信号技术的发展,噪声源识别技术在这近十年的时间发展迅速,从一般简单粗略的鉴别,发展成为更加精密的鉴别,大大提高了项目开发的成功率。一款新电机的開发,从研发初期,就把噪音的研究考虑进出,对在其后量产时,可以减少项目开发的周期,利于产品的转化。
  二、电机噪声的应对措施
  (一)在电机带负载的情况下,观察电机碳刷与换向器的接触表面的火花,确定火花等级
  由于负载大,电机工作时,换向器与碳刷接触的火花大,造成了噪音的出现,同时,碳刷磨损的很剧烈。基于机械噪音上的碳刷和换向器的噪音主要由以下两方面产生:
  电刷振动噪声:由电刷的径向跳动和切向摆动产生(主要的解决方法是在碳刷片上加防震块)
  电刷的磨擦噪声:由电刷表面与换向器表面磨擦作用产生(提高换向器表面光洁度)
  如图1所示:
  (二)改变换向角度,对比改前和改之后电机的噪音
  没改换向角度的和改了换向角度的两款电机,它们都带上水泵,在同等压力,同等工况下,做噪音测试,并进行寿命实验,探究两者之间的区别。实验证明,改完换向角度后,电机噪音有改善,同时,寿命实验后,碳刷磨损减少。如换向开关通断图2所示:
  (三)模拟磁路,提高电机效率
  (四)碳刷片上加防震块,减少电机运转时的震动
  碳刷片上,增加防震块,带上泵头,进行了噪音和震动的测试。增加防震块后,电机启动电流有点大,但在试运转后,电机整个噪音和震动有改善。
  当电刷在换向器表面上运行时,由于换向器上相邻换向片绝缘沟槽的存在和表面的径向跳动,引起的电刷径向跳动与切向摆动产生噪声[1]。其频率是电机的基本旋转频率的倍(称为基本换向片频率,及其倍频m).基本换向片频率的计算公式如下:
  k为换向片数;m是任意正整数。一般认为和2(m=2)频率的噪音幅值最大,这可能与一个沟槽的两个边缘有关。这种振动噪音都以单频形式出现,其频率与转速有明确的比例关系,而且提刷后立即消失。
  (五)由于电机负载大,输出轴受的是径向力,运转起来含油轴承温度过高,润滑油容易蒸发损失,改用含高温润滑油的轴承。针对电机负载时,后端盖的含油轴承在多次运转后,里面的油会跑出来,并有黑色的油溢出,所以把先前的低温含油轴承改为高温含油轴承,防止在长时间工作时,轴承里油变干,导致刺耳的声音出现。影响含油轴承噪声的因素较多,包括轴承尺寸的大小和精度、油脂的粘度、游隙、转速、负载、安装精度、电机的两轴承结构状况等,轴的钢性、润滑情况等。例如:噪声低于40dB的马达,常采用含油轴承.含油轴承产生的噪声频率,与轴承内径表面上的油槽数或内径表面上的多棱点数G成正比例。关系式如下:


  如图3所示:在跑寿命过程中,轴承的油被磨干,杂音比较明显。
  (六)电枢上的冷却风叶的设计,从空气动力学上对于风叶的瓣数,一般采用奇数。
  振动与噪声的物理计量
  结束语:
  通过实际的测试验证,上述论文讲述的方案,是针对实际工作的总结经验,可以有效的给从事电机工作人员提供设计指导。噪音问题,一直是是家电领域的痛点,通过有效的解决电机噪音,往往又是最直接可行的方案。所以,加强电机的优化,提升效率,改善工艺制程,是家电行业的形势所趋。
  参考文献
  [1]陈钊.永磁直流电机换向及其相关问题的研究[D].哈尔滨工业大学,2010.
  [2]陈世坤.电机设计[M].北京:机械工业出版社,2005.
来源:《魅力中国》2017年22期

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