空調(diào)器風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)的噪聲降低方法
吳貴能 (重慶微電機(jī)廠(chǎng))
噪聲的大小是評(píng)判空調(diào)器質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，由于電動(dòng)機(jī)的噪聲直接影響到空調(diào)器的整機(jī)噪聲，因此空調(diào)器生產(chǎn)廠(chǎng)家要求電動(dòng)機(jī)的噪聲不得大于42dB(A計(jì)權(quán))。這對(duì)于一般的電機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家的確有相當(dāng)難度。本文介紹我廠(chǎng)試制生產(chǎn)的YYK系列家用空調(diào)器用電動(dòng)機(jī)減小方法。
電動(dòng)機(jī)噪聲的主要來(lái)源
為了增強(qiáng)防水性能，家用空調(diào)器用電動(dòng)機(jī)采用了全封閉結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子端環(huán)不帶扇葉，因此空氣動(dòng)力噪聲很小。風(fēng)扇的噪聲與轉(zhuǎn)速n6電磁力作用于定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中，其力波在氣隙中是旋轉(zhuǎn)的或是脈動(dòng)的，力的大小與電磁負(fù)荷、電機(jī)定轉(zhuǎn)子槽配合的選取緊密相關(guān)。在設(shè)計(jì)中，通常需要選擇電機(jī)的計(jì)算和結(jié)構(gòu)參數(shù)，以保證****程度的削弱電磁力。
1．1電磁力
電磁力作用于定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中，其力波在氣隙中是旋轉(zhuǎn)的或是脈動(dòng)的，力的大小與電磁負(fù)荷、電機(jī)定轉(zhuǎn)子槽配合的選取緊密相關(guān)。在設(shè)計(jì)中，通常需要選擇電機(jī)的計(jì)算和結(jié)構(gòu)參數(shù)，以保證****程度的削弱電磁力。
1．2滾動(dòng)軸承
滾動(dòng)軸承產(chǎn)生的噪聲與如下因素有關(guān)：
a．與軸承本身的制造質(zhì)量有關(guān)，即是指軸承在電機(jī)以外的專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)裝置上旋轉(zhuǎn)時(shí)，能保證軸承外圈的振動(dòng)最小。
b．與軸承配合面的加工精度有關(guān)，也和轉(zhuǎn)子軸伸與軸承內(nèi)圈的配合、軸承外圈與端蓋軸承室的配合形式有關(guān)。
c．與在軸承工作時(shí)外圈受力是否均勻有關(guān)。
2電磁噪聲的減小
2．1鼠籠轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇
定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)的良好對(duì)比關(guān)系對(duì)降低電動(dòng)機(jī)電磁噪聲具有重要意義，研究表明，雖然電磁力是直接作用在齒上，但磁噪聲主要來(lái)源于定子磁軛的振動(dòng)，其振動(dòng)形式主要分為r=O～4五種至間形式，r表示作用于磁軛上的力波數(shù)。
不同外徑大小的電機(jī)，在相同的r值下，其固有振動(dòng)頻率各不相同，電機(jī)外徑越小，振動(dòng)固有頻率越高。相同外徑大小的電機(jī)，在不同的r值下，其固有振動(dòng)頻率也各不相同。當(dāng)電機(jī)外徑不大于200mm時(shí)，其固有振動(dòng)頻率按r=4，0，3，2，依次降低。
可見(jiàn)，應(yīng)當(dāng)在保證電機(jī)性能的基礎(chǔ)上，盡量使電機(jī)的外徑最小。然而電機(jī)的外形尺寸往往是由用戶(hù)給定。在選擇轉(zhuǎn)子的槽數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量避免產(chǎn)生r=2的彎曲電振動(dòng)，同時(shí)考慮到在正常和輕的工作條件下，為了降低噪聲，轉(zhuǎn)子槽數(shù)應(yīng)該比定子槽數(shù)多，因此這里優(yōu)先推薦轉(zhuǎn)子槽數(shù)取Z2=Z1+2P+4，這時(shí)定轉(zhuǎn)子構(gòu)成遠(yuǎn)槽配合。為了減小因轉(zhuǎn)子槽數(shù)較多而對(duì)氣隙磁導(dǎo)的不均度，轉(zhuǎn)子應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用閉口槽。若用開(kāi)口槽，電機(jī)的氣隙相應(yīng)應(yīng)選得大一些。
特別值得一提的是，在一般的電動(dòng)機(jī)中，避免選用的Z2=Z1+2P+4槽配合關(guān)系，在風(fēng)扇電機(jī)中卻可選用。因?yàn)楸M管這種配合會(huì)在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中存在著同步附加轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)下陷，但風(fēng)扇電機(jī)的起動(dòng)不是一個(gè)大問(wèn)題，而Z2=Z1+2P+4使定子產(chǎn)生r=O的振動(dòng)固有頻率較高，有利于降低電動(dòng)機(jī)的磁噪聲，有的在2P=6的電機(jī)里便采用了Z1/Z2=24／30的槽配合關(guān)系。
2．2電磁負(fù)荷及繞組形式的選取
家用空調(diào)器用電動(dòng)機(jī)的低噪聲要求電機(jī)的電磁負(fù)荷不能取得過(guò)高，一般，氣隙磁密應(yīng)當(dāng)控制為0．35～0．45T，對(duì)轉(zhuǎn)子選用閉口槽的電機(jī)可選上限值。
方案1為部分正弦繞組，方案2為常用繞組，方案3為****電密分布繞組。由計(jì)算結(jié)果可以看出，減少槽間導(dǎo)體的不均勻度能增強(qiáng)高次諧波的削弱程度。雖然此時(shí)基波繞系數(shù)有所下降，但由于跨距大的線(xiàn)圈導(dǎo)體數(shù)減少，其繞組用銅量并沒(méi)有明顯的增加。
當(dāng)采用部分正弦繞組組成****電密分布繞組時(shí)，常常受到槽滿(mǎn)率的限制，這時(shí)可將定子沖片設(shè)計(jì)成異形槽。例如2P=4，，z。=24單相電機(jī)大都采用部分正弦繞組，然而部分正弦繞組往往不是****電密分布繞組，減少部分正弦繞組槽間導(dǎo)體的不均勻度能增強(qiáng)高次諧波的削弱程度。例如有一臺(tái)電機(jī)2P=4，Z1=24，m=4，其磁勢(shì)分布、高次諧波強(qiáng)度如附圖所示。
的沖片，采用異形槽后，能明顯增加沖片的利用率，對(duì)電磁負(fù)荷較大和定子采用氬氟焊接工藝的電機(jī)，導(dǎo)磁性能有明顯改善。
3滾動(dòng)軸承噪聲的降低
3.1滾動(dòng)軸承的選擇
滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)程度隨著軸承內(nèi)徑的增加而增大，直徑每增加5mm，振動(dòng)約增大1～2dB。滾動(dòng)軸承的噪聲還與徑向游隙的大小有關(guān)，過(guò)去的徑向游隙會(huì)導(dǎo)致低頻部分噪聲的升高，而較小的間隙則會(huì)引起高頻部分噪聲的升高。為了降低旋轉(zhuǎn)振動(dòng)和噪聲，理論與實(shí)踐均證明，徑向工作間隙應(yīng)限制在O～9μm范圍內(nèi)。
滾動(dòng)軸承本身的振動(dòng)噪聲與電機(jī)整機(jī)要求的噪聲應(yīng)有10dB之差。當(dāng)要求電機(jī)噪聲不大于42dB時(shí)，滾動(dòng)軸承本身的噪聲應(yīng)不大于32dB。
3．2滾動(dòng)軸承配合的選擇
外圈在端蓋中的配合型式會(huì)影響振動(dòng)的傳聲性，過(guò)緊的推入配合不僅會(huì)損傷軸承，而且還會(huì)提高端蓋的傳聲性，使噪聲升高，較松的推入配合比較有利，因?yàn)檫@樣可使軸承與端蓋接觸處的油膜對(duì)外圈振動(dòng)產(chǎn)生阻尼，但外圈過(guò)松的配合也會(huì)引起響聲。
內(nèi)圈與軸承采用過(guò)盈配合比較有利，但應(yīng)避免過(guò)盈太大。因?yàn)樵趬貉b軸承時(shí)，如果內(nèi)圈的軸線(xiàn)未能與軸端面垂直，而此時(shí)過(guò)盈又過(guò)大，軸承就會(huì)因內(nèi)圈受力不均而在滾動(dòng)面上造成壓痕或擦傷，使軸承噪聲升高，所以****過(guò)盈量一般應(yīng)不超過(guò)軸徑的1／1000。
3·3預(yù)先的軸向過(guò)盈
多次試驗(yàn)表明，借助波形墊圈的軸向過(guò)盈能明顯降低滾動(dòng)軸承的噪聲。波形墊圈的高度以墊圈成形后的外徑不小于軸承外徑與外圈厚度之差為原則。設(shè)波形墊圈成形前直徑為D1，成形后直徑為D2，波峰波谷間距為H，波峰數(shù)為s，則其關(guān)系為：
根據(jù)此式可確定波形墊圈的高度。對(duì)軸向預(yù)先過(guò)盈結(jié)構(gòu)所提出的基本要求是，沿軸承外圈的圓周壓力均勻分布。這在使用鋼板沖壓端蓋時(shí)，端蓋軸承室與鐵心止口采用去除切削加工，則特別需要引起重視。因?yàn)樵诩庸ぽS承室時(shí)，由于存在工藝圓角而無(wú)法將軸承室底部加工平整，從而在底部形成一個(gè)四周非均勻的小凸臺(tái)，這小凸臺(tái)會(huì)在裝配時(shí)因預(yù)先軸向過(guò)盈而使墊圈產(chǎn)生非均勻變形，噪聲升高，因此裝配時(shí)必須設(shè)法消除小凸臺(tái)的影響。
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