家电电机噪声分析及降噪技术探讨

时间：2022-03-13 23:13:10

关键字：家电电机噪声分析降噪技术

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[导读]摘要:分析总结了家电电机噪声的来源,指出了噪声对人体的危害性。针对家电电机的噪声,总结了几种行之有效的降噪措施。结果表明,对电机进行技术降噪,可有效降低电机噪声8～10dB。家电生产商可针对性地采用一种或多种降噪措施,不断改善用户的使用体验。

引言

当前,全球进入互联网时代,技术创新极大地推动了生产力的发展,越来越多的家电产品走进普通消费者的家中,成了居民生活的必需品。

随着消费者生活水平的提高,人们出于对美好生活的追求和向往,对家电的质量、功能、噪声等性能提出了越来越高的要求。

但由于目前的技术水平的限制,只要是有内置电机的家电,噪声都是个无法回避的问题,家电降噪优化设计成为家电企业重点关注的问题之一。

1家电噪声的危害

家电中所使用的电机噪声都较大,不仅破坏了人们的休息环境,还会危害人们的健康。数据表明,电视和录音机产生的噪声最高可达60～80dB,洗衣机产生的噪声最高可达42～70dB。依照《社会生活环境噪声排放标准》(GB22337一2008）规定,住宅区的噪声白天应低于50dB,夜间应低于45dB。因此,家电电机的噪声污染容易使人们烦躁,影响人们的生活体验。

据专家介绍,噪声不仅明显影响睡眠,容易引起神经衰弱,还会对人体造成各种危害。首先,家电噪声会对用户的听力造成损害。据临床医学统计,如果长期生活在80dB以上的噪声环境中,约有50%的人容易失聪、失鸣。其次,家用电器的噪声还会给人们的视力带来一定的影响。科学家发现,当噪声达到80dB时,2/5的人会出现瞳孔放大、视力模糊症状。此外,家电噪声还会损害心血管系统。医学研究表明,噪声是心血管疾病的一个危险因素。专家们通过人体和动物实验证明,长期接触噪声会增加肾上腺素分泌,导致血压升高,血脂成分中甘油三酯升高,对人体的心脏有不利影响。

2家电电机噪声源分析

电机是将电能转化为机械能,再利用机械能产生动能来驱动其他装置的电气设备。家电中经常会使用到电机作为驱动装置,因此在使用过程中会产生较大的噪声。电机工作时通常有多种噪声源同时并存,主要有电磁噪声、电机机械噪声、空气动力噪声以及散热风扇噪声等。

2.1电磁噪声

电磁噪声主要是由时间和空间的变化以及电机各部分之间的磁张力引起的。气隙空间中的磁场是一个旋转的力波。电机在工作时,其径向电磁力会引起定子铁芯辄的膨胀和变形,从而产生空气脉动引起的噪声:切向电磁力会引起定子铁芯齿的弯曲和变形。当定子铁芯的固有频率接近径向电磁力波的频率时,也会产生共振噪声。

2.2电机机械噪声

现有电机的机械噪声来源主要包括电机转子机械由于不平衡而产生的振动、轴承振动、受轴承激振而产生的端盖轴向振动、电刷和换向器(或集电环）之间的摩擦振动等。转子动平衡不良是造成机械振动和机械噪声的最常见原因之一。机械噪声与元器件所用材料,制造质量及电机安装、调整、配合精度有关。

2.3空气动力噪声

电机的空气动力噪声主要分为涡旋噪声和笛鸣噪声。涡旋噪声产生的原因主要是转子和风机引起的冷却空气湍流和旋转表面的交变涡旋,而笛鸣噪声是由压缩空气或空气摩擦固定障碍物产生的。电机内的笛鸣噪声主要是由径向通风沟引起的,该噪声随着旋转部件与固定部件的气隙的减小而增大。

2.4散热风扇噪声

电机运行时,其内部电能损耗会产生热量,热量通过铁芯传递到电机机体上,再由电机机体表面辐射到周围空气中。对于高转速的家电如搅拌机,其电机转子和电机转轴具有很高的转动速度,对散热要求高。因此,大部分的家电电机内都设置了散热风扇,散热风扇高速运作也会产生较大的噪声。此外,电机长时间运转以后,热量散发速度低于热量产生速度,就会使得热量无法快速及时散出,导致热量聚积在电机内部,不仅容易导致电机机能的下降,影响使用效果,甚至还会烧毁电机内部零部件,缩短电机的使用寿命。

3家电电机降噪技术优化设计

3.1定子与转子设置隔音板

为了提高电机的散热性能,降低工作噪声,林峰设计了一种家电搅拌机用的散热性好的低噪电机,包括前盖、身和后盖,如图1所示。该电机机身内部设有电机轴,电机轴上设有定子和转子,电机轴上位于定子的前侧设有前隔音板,电机轴上位于定子的后侧设有后隔音板,消声孔设置在前、后隔音板上,机身的内壁上均匀设有若干吸音槽。另一方面,机身外壁上设有若干散热翅片和散热槽。散热风扇设置在电机轴上后隔音板的后侧,风扇的每个叶片边缘处均设为锯齿状,前盖和后盖的端面上均设有若干散热孔,后盖的内侧壁上均匀设有若干轴向分布的加强筋。通过设计的前隔音板和后隔音板,将电机工作时定子和转子发出的声音进行隔离,减少散发到外界的声音:同时声音和气流通过消声孔流通,产生衰减,进一步降低了声音强度,减少了噪声:通过机身内壁设置的吸音槽,增加机身的表面积,增强对声音的吸收,减弱声音反射能力,也起到了降低噪声的作用。加强筋一方面能加强后盖的结构强度,另一方面使进入到后盖内的气流分流,不仅降低了气流流通噪声,而且降低了气流的流速,延长了气流流动时间,扩大了后盖与气流之间的接触面积,提高了散热效率,改善了电机整体质量。

1一前盖:2一机身:3一后盖:7一电机轴:8一定子、转子:

9一前隔音板:10一后隔音板:11一消声孔:12一吸音槽:

13一散热风扇:14一散热孔:15一加强筋。

图1电机隔音板设计

3.2设置减震、吸音结构

为降低电机运转噪声,余学群等人为电机设计了减震垫和吸音垫,如图2所示。这种设计包括壳体、支撑座、底座、轴承、轴承座、定子、转子、减震垫、吸音垫、散热风扇和加固杆,采用减震和吸音的手段来消减电机运转时由于振动和散热风扇转动产生的噪声。

1一壳体:2一支撑座:3一底座:4一减震垫:5一轴承座:6一轴承:

7一转子:8一定子:9一吸音垫:10一散热风扇:11一加因杆。

图2减震垫、吸音垫设计

电机在运转过程中产生的噪声有电机安装不稳定产生的振动造成的噪声、散热风扇旋转切割气流导致的噪声,还有轴承、电磁等产生的机械噪声。利用减震垫的弹性缓冲效果以及加固杆的加固,可以减少电机运转产生的振动:通过将散热风扇的扇叶设置为不等距,可使散热风扇相对于传统的等距扇叶风扇噪声更低,再通过吸音垫的吸音可进一步减少噪声:噪声在传递至吸音层时,通过吸音层的多孔结构,在孔内反射受到损耗,再通过吸音层的共振作用,可有效减少噪声的传递,为人们提供一个舒适的生活环境。

3.3散热集风罩

为了降低散热风扇产生的噪声,倪祖根设计了一种具有降噪效果的集风罩,如图3所示。集风罩包括相套设的端盖、内侧罩和外侧罩,内侧罩和外侧罩的上部连接处形成出风面,内侧罩的侧壁上沿周向形成多个过风孔,内侧罩范围内形成第一风道,内侧罩和外侧罩之间形成第二风道,第一风道和第二风道通过过风孔相连通,在其中一个风道设置进风口,出风口设置在另一风道的另一端。另一方面,气流到达进风狭缝时,有一部分进风会撞击到斜面结构上,然后进入进风狭缝,避免这一部分进风垂直撞击到阻挡面上,进而产生噪声。