佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 528311
摘要：随着人类生活水平的提高，现代化的家电设备遍布在家庭的每个角落，这些家电在给我们带来方便的同时，运行时产生的噪声也在悄悄危害我们的健康。按一般国际标准，城市室内允许的声级为42分贝。我国的有关部门也规定，噪声的最大限度为80分贝。而我们家用电器的噪声分贝是：洗衣机高速转动84分贝；电吹风强档80分贝；抽油烟机强档77分贝；开水壶沸腾时69分贝；排风扇运行55分贝；柜式空调启动时55分贝。产生这些噪声的重要根源就是电机，振动与噪声是电机重要的技术指标，如何降低电机的振动与噪声是电机制造行业中普遍存在的问题。鉴于此，本文对家电用电动机噪声降低的措施进行了全面的分析，并提出现在噪声实验室中较先进的模态分析对电机设计改进的重要意义，不仅作为电机设计的依据，还能更好地优化各项指标，提别是噪音。
关键词：家电电动机；降噪；方法
1、常见电动机噪音分析
电动机的噪声可分为三类：通风噪声、机械振动噪声及电磁噪声。
1.1通风噪声
在电动机运行中，通风噪声是主要噪声源，通风噪声可分为涡流噪声与笛声，涡流噪声主要由转子和风扇引起冷却空气涡流在旋转表面交替出现涡流引起的。
1.2机械振动噪声
1.2.1结构件共振噪声。转子动平衡没校好使电机端盖、机壳、挡风板、外风罩等部件容易产生共振，引起噪声。当电机装配质量不良时，零部件配合松动也会使机械振动噪声增大。
1.2.2轴承噪声。电动机采用的轴承有两种形式：滚动轴承和滑动轴承。装配条件下轴承噪声为嗡嗡声，轴承噪声产生的原因是制造公差、精度、装配间隙及运输安装和运行过程中，造成工作表面损伤和电腐蚀产生损伤，使轴承运行发生不规则的撞击而产生的噪声。
1.3电磁噪声
电磁噪声中除双倍电源频率噪声由主磁通引起外，主要是气隙谐波磁通产生的频率较高的噪声。异步电机运转时，定子和转子发生变形和周期性振动，形成声源，辐射到周围空间形成噪声。当定、转子槽配合选择不当时，电机的电磁噪声会显著增大。
2、常用电动机降噪措施有以下几种
2.1通风噪声降低的措施
合理设计风扇、风路，风量。
2.2机械噪声降低措施
解决机械振动噪声端盖的刚度，改进零部件的结构，以改变其固有频率，就可消除共振噪声。生产方面则应控制好电机装配质量。轴承选择更高精度的轴承，或用滑动轴承代替。实现转子动平衡可降低机械噪声。
2.3电磁噪声降低措施
在电机设计上：选择适当的槽数进行组合；采用特殊槽；斜槽化；选择合适的线圈节距；正弦波绕线；采用分数槽绕线。
在机械设计上：消除静偏心，提高加工、装配的精度，对外力提高轴的弯曲刚性，精密装配；采用全闭槽来消除齿尖厚度的不同，提高制造技术；磁路造成不平衡的构造，以及制造，尤其转子导体的电阻，绝缘或者轴断面的形状；定子、转子应避免与电动机构成部的材料发生共振；避免和电动机的装置机构发生共振；定子铁心或者轴承支持部支持防振、弹性；电动机外部的遮音或者防音的构造。
在使用上：消除电源电压的不平衡，将电磁电机的振动噪音的原因变为电磁的加振力。
3、新型模态降噪分析
目前，电机噪音的测量一般都在空载稳态下进行，而电机在实际运行中总是要带负载的，在负载状态下测量的噪声可以更准确地反映电机的噪声水平。国外领先的电机设计公司都趋向于负载状态下检测。国内领先的电机制造公司也在噪声实验室中大量使用模态分析。
3.1利用三维软件建模
模态分析大多采用UG，pro-e，inventor等三维设计软件创建需改进的电动机模型和配套的家用电器模型。并通过这些软件导入有限元分析软件中（ANSYS），精确分析电机的定子、转子、前端盖、后端盖。分析对象为三维实体类型，定义对象为材料特性，定义电机相关接触类型。对整个模型进行网格划分，每个零件被重新设计细化网格，单个零件就可被细化为几十万个单元，实现精确优化设计。并对电机施加载荷，进行静力计算，然后将静力分析结果作为模态分析的开始设置。
3.2模态分析的应用
是把优化设计前后结果对比，可将模态分为多阶进行比对，每一阶对应单个零件某个位置，再针对某个局部进行改进。下面以端盖为例进行说明，如图1所示。
图1
如图1为电机前端盖优化设计前后对比。根据模态分析结果，进行了改善后电机噪音测试和家电噪音测试。由于端盖轴承室的加强，降低了轴承噪音，因此在高频段（1600Hz-10000Hz）内，电机噪音分贝值都有所下降，而与端盖强度有关的频段300Hz-630Hz，噪音值也都减小了。电机的总体噪音下降了接近1.5-2分贝。优化后的家用电器的整机噪音，在人耳比较敏感的频段内（500Hz-1000Hz），也有明显降低，尤其在800Hz，噪音值降低2-3分贝；总的洗衣机噪音值也降低了1-1.5分贝。电机结构的优化设计依据ANSYS模态分析有效降低了家电噪音。
3.3模态分析的成效
家用电器中的电机噪声测试需要装配在实际机器中进行。对于生产设计来说有效性大大降低。往往将测试转移到实验室中，但电机在实际运转时，各部件上的载荷都是动载荷，这样引起的机械噪音往往是机械振动。
结束语
有限元模态分析（ANSYS）能够从理论上反映电机的振动情况，尤其可以对各阶固有频段的振型进行分析，从而找出结构上的薄弱环节，进行改进，从而实现优化设计。模态分析为优化结构设计和实验研究提供依据和参考，因在实验室中进行，和实际的测量数据是有一定的出入，如果把模态分析和实验研究两种方法相结合，能为解决实际生产中电机在负载状态下存在的噪音问题，提供参照。
参考文献
[1]马宏忠，等.电机状态监测与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2016.
[2]杨晓文，等.滚筒式洗衣机振动模态分析[J].机械工程师，2007，2：30-31GB/T4288-2008，家用和类似用途洗衣机[S].
[3]陈克安，等.声学测量[M].北京：科学出版社，2015.
论文作者:程繁华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/6
标签：噪声论文; 电机论文; 分贝论文; 噪音论文; 电动机论文; 轴承论文; 转子论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;