摘要：家用小功率电机是人们生活中应用非常广泛的机电设备，在人们的生活和工作中起着非常重要的作用。随着人们对家用小功率电机设备要求的不断提升，小功率电机的噪音问题逐渐引起了人们的重视，本文对电机噪音的音源进行了分析，然后提出了一些降噪措施，并以空调为例进行了具体分析。
关键词：家用电器；小功率电机；噪音问题
经过40多年的发展，特别是改革开放以来的飞速发展，中国的小型电机产业有了相当大的进步。我国的家用小功率电机产业的发展分为两个阶段。第一阶段，按照中国家电行业的需求，使用风扇、空调、冰箱、洗衣机、灯具、小家居用品等小型电动机。国内企业通过引进技术和设备，缩小了与发达国家的差距。有些产品达到了国际先进水平。公司拥有强大的独立研发能力，独立的知识产权，形成了一批具有较大影响力的家用电器产品品牌。部分家用小功率电气设备远销欧洲、美国以及其他国际市场。
1 电机噪声源的识别
所谓电机噪音源，指的是电机上所有现有音源，噪声源的识别指的是分析噪音和振动机制，确定音源和振动源的位置，分析音源的特性，然后根据音源的大小决定顺序的主噪音。噪音控制一般从音源、音响传递的方法和接收机的接收侧进行。音源控制的最重要环节是噪声源的鉴定。产品通常具有多个噪声源。通过分析试验装置和信号处理技术，分析电机的主噪音源，降低振动和噪音。噪声的形成实际上是另一种能量传递方式。噪音源的确定是能量解析的过程。
2 电机噪声的应对措施
在电机带负载的条件下，对电机碳刷与换向器的接触表面的火花进行分析，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。
针对电刷的振动噪声，主要的解决方法是在碳刷片上加防震块，以及调整弹簧的压力，全部电刷压力差不能超过±10%。电刷压力是保证正常换向的重要条件。电刷压力过小，会造成电刷跳动和接触压降不稳定；压力大，接触压降减小；但压力过大，则可能造成电刷机械磨损增加，换向器温升增高。
电刷的磨擦噪声：由电刷表面与换向器表面磨擦作用产生。针对电刷的摩擦噪声，主要的解决方法提高换向器表面光洁度，改善换向器表面处理工艺，以及碳刷材质中的含铜比例。
（1）改变换向角度，对比电机电枢换向角度改前和改之后电机的噪音。
电机换向时的换向区域内的磁场极性，保持在线圈未进入换向前原来所处的磁场极性，消除=换向线圈中电抗电势和换向电势的存在。例如：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。
（2）模拟磁路，改善磁路的不平衡磁力及气隙的电磁力波，提高电机效率。
（3）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。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：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。
3 空调降噪措施
3.1 产品噪音测试
某空调室外机所用的100W电机在辅配开发中发现，W厂 家比原批产Z厂家在低速时噪音值大冬9分贝，且有异音。因此 对该空调和电机进行频谱测试（麦克风布置在离空调出风罩 0.5m处，并对中风机中心）测试风机不同转速下的噪声频谱（见 图1），其中330、390Hz附近出现了峰值，且该噪声峰值频率不 随转速变化而变化。
图1 噪声频谱
3.2机理分析
从频谱特征推断异常声为共振引起，为了进一步确认原因，从激励力频谱特征和风机系统固频两方面进行分析。
（1）激励力频谱特征
风机系统的激励力主要包括风叶旋转产生的气流脉动和电 机运行产生的各种电磁力。其中气流脉动的离散频率特征为 fl=kZn/60 k=l，2，3……Z—风叶叶片数；n—电机转速。对于同步电机，电磁径向力主要频率特征为 f2=2kfi k=l，2，3……fi-电流基波频率（本电机为21.35Hz）；电磁切向力波动会产生转矩脉动，其主要频率特征为 f3=6kfi k=l，2，3……
由于非理想因素的影响，转矩脉动除了主要的频率特征外，还会在主要频率特征附近产生一些附加的谐波。
根据上述激励力频率特征，列出该电机320rpm、640rpm运 行时的激励力基频和谐波频率，可看出在电机低转速 运行时，低次谐波中，转矩脉动的频率可达到300〜400Hz，因此 可初步推断引起系统共振的激励力可能是转矩脉动；在电机高 转速运行时，低次谐波中，转矩脉动和电磁径向力波的频率也可 达到300〜400Hz，两者均有可能引起系统共振。
（2）风机系统固频
测试空调支架和风叶片的频响函数，见图2.
a）整机状态支架处（蓝色实线）。
b）整机状态风叶处（黄色实线）。
由a）、b）可发现，整机状态在330Hz、390H2附近存在固频（图2中的1、2两处），其中支架处的固频有329H2和387Hz，而风叶处的固频有387H2。因此可以推断风机系统存在330、390Hz固频是造成空调整 机噪音中330、390Hz两处峰值高的原因之一。
3.3 改善方案和结果验证
通过以上分析和推断，电机的电磁转矩脉动和整机（包括电 机支架和风叶）系统共振是造成异音的原因。因此可通过改善电 磁转矩脉动或优化整机结构改变整机固有频率来优化异常声。因整机（包括电机支架和风叶）已经开好模具且已量产，改动比 较麻烦，因此只能通过改善电机的电磁转矩脉动来优化异音。
通常改善电磁转矩脉动的方法也分为两类：第一类是优化 电机设计（比如改变磁铁形状、增加极数等），第二类是优化电机 控制系统，即通过控制定子相电流波形，优化电枢磁场和主极磁 场相互作用产生转矩脉动分量，从而实现噪声的改善。由于电 机已开好模具，优化电机设计无论改变极数还是改变磁铁形状，都会涉及到模具的更改，会引影时间进度和开发费用。因此进 行第二类改善方案，优化电机控制系统。即通过控制定子相电 流波形，优化电枢磁场和主极磁场相互作用产生转矩脉动分量，从而实现噪声的改善。通过调节电流环PI模块的控制参数K，综合改善电流环输出数据的稳定性、超调量、上升时间等参数，优化电机相电流波形，进而优化电枢磁场和主极磁场相互作用 产生的转矩脉动分量，从而实现了噪声的改善，消除了异音。改 善后用同一台机器同样的测试方法，再一次对空调和电机进行 频谱测试，从频谱中可以看出没有了 330和390Hz两个频率的峰值。
4 结束语
综上所述，通过对家用小功率电机的噪音分析有助于进一步降低其噪音，为人们创造良好的生活和工作环境。
参考文献：
[1]卓祖德，陈志文，陈川礼，etal.铁芯热处理在小功率空调风扇电机中的应用研究[J].日用电器，2018，155（11）：104-109.
[2]康宁，漆凌君，武星.家用风扇电机含油轴承噪音解析与措施[J].日用电器，2018.
[3]鲍盛波.家用低噪音吸尘器的研究与探索[J].家电科技，2010（5）：64-65.
论文作者:费利明,钟大志,陈峰,顾炜标
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：电机论文; 噪音论文; 电刷论文; 噪声论文; 转矩论文; 频率论文; 碳刷论文; 《基层建设》2019年第10期论文;