引言
當(dāng)前,全球進入互聯(lián)網(wǎng)時代,技術(shù)創(chuàng)新極大地推動了生產(chǎn)力的發(fā)展,越來越多的家電產(chǎn)品走進普通消費者的家中,成了居民生活的必需品。
隨著消費者生活水平的提高,人們出于對美好生活的追求和向往,對家電的質(zhì)量、功能、噪聲等性能提出了越來越高的要求。
但由于目前的技術(shù)水平的限制,只要是有內(nèi)置電機的家電,噪聲都是個無法回避的問題,家電降噪優(yōu)化設(shè)計成為家電企業(yè)重點關(guān)注的問題之一。
1家電噪聲的危害
家電中所使用的電機噪聲都較大,不僅破壞了人們的休息環(huán)境,還會危害人們的健康。數(shù)據(jù)表明,電視和錄音機產(chǎn)生的噪聲最高可達60～80dB,洗衣機產(chǎn)生的噪聲最高可達42～70dB。依照《社會生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準》(GB22337一2008）規(guī)定,住宅區(qū)的噪聲白天應(yīng)低于50dB,夜間應(yīng)低于45dB。因此,家電電機的噪聲污染容易使人們煩躁,影響人們的生活體驗。
據(jù)專家介紹,噪聲不僅明顯影響睡眠,容易引起神經(jīng)衰弱,還會對人體造成各種危害。首先,家電噪聲會對用戶的聽力造成損害。據(jù)臨床醫(yī)學(xué)統(tǒng)計,如果長期生活在80dB以上的噪聲環(huán)境中,約有50%的人容易失聰、失鳴。其次,家用電器的噪聲還會給人們的視力帶來一定的影響。科學(xué)家發(fā)現(xiàn),當(dāng)噪聲達到80dB時,2/5的人會出現(xiàn)瞳孔放大、視力模糊癥狀。此外,家電噪聲還會損害心血管系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)研究表明,噪聲是心血管疾病的一個危險因素。專家們通過人體和動物實驗證明,長期接觸噪聲會增加腎上腺素分泌,導(dǎo)致血壓升高,血脂成分中甘油三酯升高,對人體的心臟有不利影響。
2家電電機噪聲源分析
電機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能,再利用機械能產(chǎn)生動能來驅(qū)動其他裝置的電氣設(shè)備。家電中經(jīng)常會使用到電機作為驅(qū)動裝置,因此在使用過程中會產(chǎn)生較大的噪聲。電機工作時通常有多種噪聲源同時并存,主要有電磁噪聲、電機機械噪聲、空氣動力噪聲以及散熱風(fēng)扇噪聲等。
2.1電磁噪聲
電磁噪聲主要是由時間和空間的變化以及電機各部分之間的磁張力引起的。氣隙空間中的磁場是一個旋轉(zhuǎn)的力波。電機在工作時,其徑向電磁力會引起定子鐵芯輒的膨脹和變形,從而產(chǎn)生空氣脈動引起的噪聲:切向電磁力會引起定子鐵芯齒的彎曲和變形。當(dāng)定子鐵芯的固有頻率接近徑向電磁力波的頻率時,也會產(chǎn)生共振噪聲。
2.2電機機械噪聲
現(xiàn)有電機的機械噪聲來源主要包括電機轉(zhuǎn)子機械由于不平衡而產(chǎn)生的振動、軸承振動、受軸承激振而產(chǎn)生的端蓋軸向振動、電刷和換向器(或集電環(huán)）之間的摩擦振動等。轉(zhuǎn)子動平衡不良是造成機械振動和機械噪聲的最常見原因之一。機械噪聲與元器件所用材料,制造質(zhì)量及電機安裝、調(diào)整、配合精度有關(guān)。
2.3空氣動力噪聲
電機的空氣動力噪聲主要分為渦旋噪聲和笛鳴噪聲。渦旋噪聲產(chǎn)生的原因主要是轉(zhuǎn)子和風(fēng)機引起的冷卻空氣湍流和旋轉(zhuǎn)表面的交變渦旋,而笛鳴噪聲是由壓縮空氣或空氣摩擦固定障礙物產(chǎn)生的。電機內(nèi)的笛鳴噪聲主要是由徑向通風(fēng)溝引起的,該噪聲隨著旋轉(zhuǎn)部件與固定部件的氣隙的減小而增大。
2.4散熱風(fēng)扇噪聲
電機運行時,其內(nèi)部電能損耗會產(chǎn)生熱量,熱量通過鐵芯傳遞到電機機體上,再由電機機體表面輻射到周圍空氣中。對于高轉(zhuǎn)速的家電如攪拌機,其電機轉(zhuǎn)子和電機轉(zhuǎn)軸具有很高的轉(zhuǎn)動速度,對散熱要求高。因此,大部分的家電電機內(nèi)都設(shè)置了散熱風(fēng)扇,散熱風(fēng)扇高速運作也會產(chǎn)生較大的噪聲。此外,電機長時間運轉(zhuǎn)以后,熱量散發(fā)速度低于熱量產(chǎn)生速度,就會使得熱量無法快速及時散出,導(dǎo)致熱量聚積在電機內(nèi)部,不僅容易導(dǎo)致電機機能的下降,影響使用效果,甚至還會燒毀電機內(nèi)部零部件,縮短電機的使用壽命。
3家電電機降噪技術(shù)優(yōu)化設(shè)計
3.1定子與轉(zhuǎn)子設(shè)置隔音板
為了提高電機的散熱性能,降低工作噪聲,林峰設(shè)計了一種家電攪拌機用的散熱性好的低噪電機,包括前蓋、身和后蓋,如圖1所示。該電機機身內(nèi)部設(shè)有電機軸,電機軸上設(shè)有定子和轉(zhuǎn)子,電機軸上位于定子的前側(cè)設(shè)有前隔音板,電機軸上位于定子的后側(cè)設(shè)有后隔音板,消聲孔設(shè)置在前、后隔音板上,機身的內(nèi)壁上均勻設(shè)有若干吸音槽。另一方面,機身外壁上設(shè)有若干散熱翅片和散熱槽。散熱風(fēng)扇設(shè)置在電機軸上后隔音板的后側(cè),風(fēng)扇的每個葉片邊緣處均設(shè)為鋸齒狀,前蓋和后蓋的端面上均設(shè)有若干散熱孔,后蓋的內(nèi)側(cè)壁上均勻設(shè)有若干軸向分布的加強筋。通過設(shè)計的前隔音板和后隔音板,將電機工作時定子和轉(zhuǎn)子發(fā)出的聲音進行隔離,減少散發(fā)到外界的聲音:同時聲音和氣流通過消聲孔流通,產(chǎn)生衰減,進一步降低了聲音強度,減少了噪聲:通過機身內(nèi)壁設(shè)置的吸音槽,增加機身的表面積,增強對聲音的吸收,減弱聲音反射能力,也起到了降低噪聲的作用。加強筋一方面能加強后蓋的結(jié)構(gòu)強度,另一方面使進入到后蓋內(nèi)的氣流分流,不僅降低了氣流流通噪聲,而且降低了氣流的流速,延長了氣流流動時間,擴大了后蓋與氣流之間的接觸面積,提高了散熱效率,改善了電機整體質(zhì)量。
1一前蓋:2一機身:3一后蓋:7一電機軸:8一定子、轉(zhuǎn)子:
9一前隔音板:10一后隔音板:11一消聲孔:12一吸音槽:
13一散熱風(fēng)扇:14一散熱孔:15一加強筋。
圖1電機隔音板設(shè)計
3.2設(shè)置減震、吸音結(jié)構(gòu)
為降低電機運轉(zhuǎn)噪聲,余學(xué)群等人為電機設(shè)計了減震墊和吸音墊,如圖2所示。這種設(shè)計包括殼體、支撐座、底座、軸承、軸承座、定子、轉(zhuǎn)子、減震墊、吸音墊、散熱風(fēng)扇和加固桿,采用減震和吸音的手段來消減電機運轉(zhuǎn)時由于振動和散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的噪聲。
1一殼體:2一支撐座:3一底座:4一減震墊:5一軸承座:6一軸承:
7一轉(zhuǎn)子:8一定子:9一吸音墊:10一散熱風(fēng)扇:11一加因桿。
圖2減震墊、吸音墊設(shè)計
電機在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的噪聲有電機安裝不穩(wěn)定產(chǎn)生的振動造成的噪聲、散熱風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)切割氣流導(dǎo)致的噪聲,還有軸承、電磁等產(chǎn)生的機械噪聲。利用減震墊的彈性緩沖效果以及加固桿的加固,可以減少電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動:通過將散熱風(fēng)扇的扇葉設(shè)置為不等距,可使散熱風(fēng)扇相對于傳統(tǒng)的等距扇葉風(fēng)扇噪聲更低,再通過吸音墊的吸音可進一步減少噪聲:噪聲在傳遞至吸音層時,通過吸音層的多孔結(jié)構(gòu),在孔內(nèi)反射受到損耗,再通過吸音層的共振作用,可有效減少噪聲的傳遞,為人們提供一個舒適的生活環(huán)境。
3.3散熱集風(fēng)罩
為了降低散熱風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲,倪祖根設(shè)計了一種具有降噪效果的集風(fēng)罩,如圖3所示。集風(fēng)罩包括相套設(shè)的端蓋、內(nèi)側(cè)罩和外側(cè)罩,內(nèi)側(cè)罩和外側(cè)罩的上部連接處形成出風(fēng)面,內(nèi)側(cè)罩的側(cè)壁上沿周向形成多個過風(fēng)孔,內(nèi)側(cè)罩范圍內(nèi)形成第一風(fēng)道,內(nèi)側(cè)罩和外側(cè)罩之間形成第二風(fēng)道,第一風(fēng)道和第二風(fēng)道通過過風(fēng)孔相連通,在其中一個風(fēng)道設(shè)置進風(fēng)口,出風(fēng)口設(shè)置在另一風(fēng)道的另一端。另一方面,氣流到達進風(fēng)狹縫時,有一部分進風(fēng)會撞擊到斜面結(jié)構(gòu)上,然后進入進風(fēng)狹縫,避免這一部分進風(fēng)垂直撞擊到阻擋面上,進而產(chǎn)生噪聲。
圖3散熱集風(fēng)罩設(shè)計
集風(fēng)罩、電機與第一風(fēng)道和第二風(fēng)道通過過風(fēng)孔相連通,使得出風(fēng)在經(jīng)過集風(fēng)罩時需折彎后才能從出風(fēng)孔吹出,因而達到了消音的效果。該電機噪聲相較于使用現(xiàn)有集風(fēng)罩的電機降低了5～6dB,用戶體驗好。
4結(jié)語
綜上,采用上述幾種降噪技術(shù)措施,可降低電機噪聲8～10dB。為了有效控制和降低家電電機的噪聲污染,家電制造商不僅要在生產(chǎn)過程中控制質(zhì)量,還要準確診斷和識別家電電機的噪聲來源,針對性地采用一種或多種綜合降噪措施,以達到降低家電電機噪聲的目的,不斷改善用戶的體驗。
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