汽车空调箱鼓风机电机振动噪声控制研究

　　摘. . 要：汽车工业的发展，使得主机厂对企业舒适性能的要求不断提升，车内空调造成控制问题也随之突显出来。永磁直流电机作为目前汽车空调用鼓风电机的主要类型之一，对于汽车空调箱鼓风机电机振动噪声的控制应该从永磁直流电机入手。鉴于此，本文就汽车空调箱鼓风机电机振动噪声控制展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

　　关键词：汽车空调；鼓风机；电机；噪声

　　1、永磁直流电机的主要噪声识别方法

　　1.1、电磁噪声识别方法

　　（1）改变外施电压法。空载状态下，额定电压下降，转速基本上不变，这种情况可看作机械噪声没有发生变化，如果电磁噪声是主要的噪声来源，随着额定电压下降，噪声也会下降。

　　（2）电机噪声频谱分析法。使用频谱分析仪在消音室或半消音室对不同频率的波形进行分析，能够找出引发噪声的原因以及噪声出现的具体位置。

　　1.2、机械噪声识别方法

　　（1）改变外施电压法

　　电机在空载状态下，机械噪声和外加电压之间的关系并不明显，噪声具有不稳定性。为了能够准确找出噪音源位置，就需要使传声器接近噪声源进行测量。

　　（2）电机噪声频谱分析法

　　a.通常情况下，轴向振动声在1000～1600Hz范围内时峰值明显。

　　b.通常情况下，轴向串动噪声在50～400Hz范围内时峰值明显。

　　c. 通常情况下，转子动不平衡噪声频率为 f=n/60；d. 通常情况下，换向器噪声频率为 f=m*n/60。

　　2、永磁直流电机噪声产生原因分析

　　2.1、电磁噪声产生原因

　　（1）电磁力。电磁振动是导致电磁噪声出现的主要原因，电磁振动是电机的气隙磁场电磁力所激发出来的，气隙磁场产生的电磁力是一个旋转力波，通常可将其分为切向力波以及径向力波。其中，径向力波即转子发生周期性震动以及径向变形，这也是引发电磁噪声的关键原因。而切向力波是与电磁转距对应的作用力，其能够使齿轮相对轴心弯曲，是电磁噪声的一个次要因素。（2）由于定转子具有气隙不均匀的特点，所以电机在运行的过程中会产生单边磁拉力。因此，为了能够有效避免振动现象的出现就需要确保气隙装配的均匀性。 （3）电磁噪声与转子、定子的固有频率有着直接的关系。比如，当电机的固有频率和谐振力发生共振的时候，即便电磁力比较小也会因为共振而产生很大的噪音。

　　2.2、机械噪声产生原因

　　电机转动部分比如轴和含油轴承之间的相互摩擦，换向器和碳刷之间，电机和其他结构之间发生共振都有可能形成噪声。以下就产生机械噪声的主要原因展开探讨：

　　2.2.1、转子部分，零件加工工艺的影响

　　（1）轴的主要影响因素：光洁度、强度、轴承档圆度以及直线度。

　　圆度和直线度不良会对换向器车削的圆柱产生影响，从而增加换向器的摩擦噪声。（2）换向器的车削质量会对换向器表面的圆柱度、粗糙度以及片间跳动产生影响。表面状态不良会增加换向器滑动连接处和电刷之间的摩擦噪声。（3）影响电刷叠片的主要因素是内外圆同心度、冲片的尺寸精度、叠片是否整齐以及毛刺等等。

　　2.2.2、转子装配质量的影响

　　（1）影响压轴工艺的因素主要有轴承挡破坏、轴直线度以及轴与铁心的过度紧配等等。压轴工艺应该避免轴和转子叠片压装的时候出现弯曲以及倾斜现象。要确保转子铁芯和轴之间具有很好的同轴度。

　　（3）影响电机质量最为关键的因素是转自不平衡，这种现象会导致电枢在旋转过程中发生振动，从而导致换向器产生噪音。

　　2.2.3、刷架部分

　　（1）电刷自身也是一项非常重要的影响因素：电刷适合运动件滑动接触而形成电连接的一种导电部件。电刷的金属含量、硬度、弧度以及摩擦系数都是引发噪声的主要原因。

　　（2）碳刷与刷架配合不当、碳刷位置安装不正确以及碳刷压力不适合等都是引发电机噪声的主要原因。将电机装入到电机刷架之后，应该使电刷处于能够上下自由移动的状态，如果间隙太小，就很容易导致电刷卡制在刷架上，从而使得换向器和碳刷的接触不良，电机就会处于非正常工作状态。如果间隙太大，在电机运转的时候电刷就会在刷架内抖动，这样一来不仅会引发振动噪声，同时还会产生换向火花，从而产生火花噪声，破坏换向器。

　　2.2.4、轴承引起的噪声

　　来自轴承自身的噪声，比如，空调风机常用的含油轴承内外表面粗糙度、圆度、密度以及含油率等。轴承内外表面损伤、润滑不良，尤其是在低温状态下存在出油不良的现象，会产生异常摩擦声。

　　电机和轴承装配精度引起的噪声，轴承噪声和电机结构件自身的装配精度以及刚性有着直接的关系，其决定着轴承振动的传递途径，噪声是通过电机向外辐射的。

　　3、基于阶次分析查找噪声源

　　车用空调的电机结构特性影响着永磁鼓风机电机的阶次噪声，由于受到马达自身结构的影响，不可能建立连续的磁场，所以，在定子和转子磁场相互作用的前提下，由于磁场的变化，磁场间隙会产生受力变动，这也是引发振动噪音的来源。阶次噪声是对旋转机械中某信号以及斜波之间对应关系的描述，可以将其理解成旋转部件上的不平衡质量而产生的振动，其中，振动频率和转频之间是倍数的关系。

　　对于汽车空调鼓风机噪声的研究，对电机是否存在噪声问题的判断，越来越多的用到了测试电机阶次噪音的方法。以阶次噪音来确定产生噪声的位置以及原因，在此基础之上，采取针对性的措施解决噪声问题，这样一来就能够起到事半功倍的作用。

　　测试阶次噪声的方法如下：

　　从最低的 2.5V 电压开始，风扇在 90s 内持续达到 13.5V 的最大启动电压。在整个速度范围内，相对于整体水平噪声，和电机特性相关的阶次噪声的最小差值需要大于 10dB。

　　在确定了马达结构之后，阶次噪声的特性也就固定了。例如，对于无刷鼓风机而言，如果鼓风机的转子有6块磁钢，定子绕线则为9级，此时，就会产生 6 阶次以及 9 阶次的噪声，并且还会出现此阶次噪声倍数的阶次噪声。

　　对于有刷鼓风机而言，如果与碳刷接触的换向器的片数为12片，转子槽数为 12 槽，就会出现 12 阶次以及 24 阶次的噪声，这些都与鼓风机的结构特点息息相关。

　　4、永磁直流电机噪声基本解决措施

　　4.1、电磁噪声基本解决措施

　　要想设计一台能够彻底避免电磁噪声的电机是不可能实现的，所以，我们能够改变的是要尽可能减小设计电机的气隙谐振分量，并且要确保径向谐振阶次数高，电磁共振的频率必须远离电机固有共振频率。

　　降低电磁噪声的方法有如下几种：

　　（1）选择合适的定转子气隙磁密。（2）转子使用斜槽。（3）必须确保转子铁芯叠压紧密，定转子磁路对称均匀。（4）为了能够有效避免电机固有频率和电磁力产生共振，就需要使用弹性减震结构来设计法兰和电机。（5）对于定子、转子以及端盖的加工和装配，需要确保它们的圆度以及同心度。

　　4.2、机械噪声的主要解决措施

　　（1）为了能够降低换相噪声，就需要合理选择换向器材料和电刷。

　　含铜量比较高的碳刷很容易增加碳刷摩擦噪声，使用恰当的切削速度能够确保换向器具有更高的圆柱度和光滑的表面；选择合理的电刷、刷架；刷价的材料应该具有很好的机械强度，并且要用合理的刷架结构减少电刷的振动。

　　（2）为了能够降低轴承噪声，需要提升转子轴的表面光洁度和加工精度；提高安装止口和端盖轴承室的同心度，使用合适的润滑脂和材料；选择恰当的轴承压紧力。

　　（3）对电机转子的不平衡量进行控制。

　　结语

　　总而言之，本文主要介绍了汽车空调常用鼓风机永磁电机的机械噪声和识别噪声的方法，并且分析了引发机械噪声和电磁振动的主要原因以及测试方法，希望能够为相关工作提供参考。