張 磊 朱智平 陳永飛 齊利娜 張 浩

（1.浙江聯(lián)宜電機(jī)有限公司 東陽 322118；2.橫店集團(tuán)東磁股份有限公司 東陽 322118）

引言

隨著人們對(duì)生活品質(zhì)的不斷提高，對(duì)食品多樣化的要求也越來越多，飲品更是如此，許多人已不局限于以“健康”的熱飲為主，更喜歡刺激爽快的冰飲。在居家生活中，可以隨時(shí)在家享受一杯冰飲更是一件非常愜意的事情，因此家用制冰機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生。

一口一塊易咀嚼冰塊，口感很贊，提供了更好的食用口感，讓冰塊易碎更易咀嚼，含入口中，帶來如雪花般的清爽體驗(yàn)。音樂跟美酒總是特別相配，音樂讓酒更浪漫，酒讓音樂更有韻味，而一杯冰鎮(zhèn)的酒則讓欣賞音樂的人更能品出其中的情感與真意。

電機(jī)作為家用制冰機(jī)的核心驅(qū)動(dòng)部件，它在為制冰機(jī)提供動(dòng)力的同時(shí)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)也不可避免的帶來了振動(dòng)與噪聲等其他影響。

由于家電產(chǎn)品的噪聲指標(biāo)直接關(guān)系到消費(fèi)者生活體驗(yàn)的好壞[1]，因此，在節(jié)能的基礎(chǔ)上加大技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，嚴(yán)格并提高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)降低產(chǎn)品噪聲值，讓消費(fèi)者擁有更好的生活體驗(yàn)成為必然。

隨著人們生活水平的不斷提高，出于對(duì)更加美好生活的向往和追求，對(duì)家用電器產(chǎn)品的質(zhì)量、功能、噪聲等性能也提出了越來越高的要求[2]。家用制冰機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)成為家用制冰機(jī)制造企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。

1 家用制冰機(jī)電機(jī)噪聲原因分析

電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再利用機(jī)械能產(chǎn)生動(dòng)能來驅(qū)動(dòng)其他裝置的電氣設(shè)備[2]。家用制冰機(jī)螺旋式制冰機(jī)構(gòu)連接電機(jī)減速箱出軸，電機(jī)為螺旋狀的刮冰刀把冰從璧上刮下來提供旋轉(zhuǎn)力矩動(dòng)力，同時(shí)在冰往上推的過程中，電機(jī)減速箱出軸為受到的反向作用力提供支撐。電機(jī)工作時(shí)由于電磁場感應(yīng)以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)，通常有多種噪聲原因同時(shí)存在，主要有電機(jī)漏磁吸附外殼噪聲、減速器機(jī)械傳動(dòng)噪聲等。

1.1 電機(jī)漏磁吸附外殼噪聲

目前家用制冰機(jī)行業(yè)里主要以凸極式集中勵(lì)磁罩極電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)極數(shù)以2極為主，主要優(yōu)勢是罩極電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，不用另加繞組和電容器，適合批量化生產(chǎn)，成本低廉。并且噪音低，沒有無線電不擾。但是劣勢是凸極式集中勵(lì)磁罩極電動(dòng)機(jī)氣隙太大或不均勻，磁力線不能完全閉合，穿透到鐵芯和定子上，形成漏磁。此外，凸極式集中勵(lì)磁罩極電動(dòng)機(jī)的鐵芯材料一般以高鐵損（800以上矽鋼片）為主，磁性能較差，導(dǎo)致漏磁增加。

為了考慮產(chǎn)品的大小，家用制冰機(jī)的結(jié)構(gòu)一般比較緊湊，四周外殼為鐵質(zhì)鈑金沖壓件，且距離電機(jī)比較近，一般為5 mm左右，凸極式集中勵(lì)磁罩極電動(dòng)機(jī)漏磁對(duì)家用制冰機(jī)外殼會(huì)造成吸附的現(xiàn)象，此外家用制冰機(jī)外殼較薄，吸附會(huì)造成鐵質(zhì)鈑金沖壓件振動(dòng)變形，產(chǎn)生噪聲；在吸附現(xiàn)象中，電機(jī)在啟動(dòng)瞬間或者負(fù)載變化的過程中，產(chǎn)生的影響更加明顯。

1.2 減速器機(jī)械傳動(dòng)噪聲

目前家用制冰機(jī)電機(jī)的噪聲來源一部分主要為減速器齒輪機(jī)械傳動(dòng)的噪聲，齒輪在相互嚙合傳動(dòng)時(shí)，由于相互的碰撞或摩擦激起齒輪體振動(dòng)而輻射出來的噪聲。噪聲的大小與齒輪選用材料，齒輪以及相關(guān)零部件加工的質(zhì)量和精度以及零部件的安裝、配合精度等都有關(guān)系。

齒輪設(shè)計(jì)方面：齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等。齒輪加工方面：齒形齒向誤差過大，齒側(cè)間隙過大，表面粗糙度過大等。齒輪系及齒輪箱方面：裝配偏心，接觸精度低，軸的平行度差等。都會(huì)在減速器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲。

2 家用制冰機(jī)電機(jī)降噪技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 電機(jī)漏磁優(yōu)化方案

電機(jī)漏磁是電機(jī)中不可避免的現(xiàn)象，但是過多的漏磁會(huì)影響電機(jī)的性能和效率。為了減少電機(jī)漏磁，要選擇合理結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案的電機(jī)，要合理設(shè)計(jì)電機(jī)的磁路以及定轉(zhuǎn)子槽型，選擇導(dǎo)磁性能好的定轉(zhuǎn)子鐵芯材料。只有這樣，才能保證電機(jī)的正常運(yùn)行和高效工作，滿足不同行業(yè)的使用要求。

以某款家用制冰機(jī)所用的凸極式集中勵(lì)磁罩極電動(dòng)機(jī)在使用中遇到噪聲問題的優(yōu)化方案為例。該款電機(jī)在裝入制冰機(jī)做可靠性測試時(shí)發(fā)現(xiàn)噪聲偏大，經(jīng)過分析和對(duì)比驗(yàn)證判斷，噪聲原因一部分來自電機(jī)漏磁吸附產(chǎn)品鐵質(zhì)鈑金沖壓件外殼振動(dòng)噪聲。采用滿足客戶相同使用要求的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)后，電機(jī)產(chǎn)生正弦規(guī)律一個(gè)變化的交變的脈沖磁場，電動(dòng)機(jī)氣隙均勻且很小,漏磁更小，效率更高，有效解決了電動(dòng)機(jī)漏磁對(duì)家用制冰機(jī)外殼造成的吸附現(xiàn)象。兩種電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 兩種電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

本文介紹一種用來對(duì)比不同電機(jī)漏磁大小的方法：采用長度80 mm*寬度20 mm*厚度0.1 mm的鐵片，鐵片高度位于電機(jī)定子鐵芯中間，鐵皮一端固定，另外一端正對(duì)電機(jī)定子鐵芯中間，測試電機(jī)啟動(dòng)瞬間鐵片基本不動(dòng)時(shí)的最遠(yuǎn)距離，來比較兩款電機(jī)漏磁大小。

凸極式集中勵(lì)磁罩極電動(dòng)機(jī)的平均最遠(yuǎn)距離約為170 mm，單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的平均最遠(yuǎn)距離約為35 mm，距離降低79.507 %。兩種電機(jī)的漏磁測試方法見圖1，兩種電機(jī)的漏磁測試距離數(shù)據(jù)見表2。

圖1 兩種電機(jī)的漏磁測試方法

表2 兩種電機(jī)的漏磁測試距離數(shù)據(jù)

2.2 減速器機(jī)械噪聲優(yōu)化方案

以某款家用制冰機(jī)所用的電動(dòng)機(jī)在開發(fā)中遇到噪聲問題優(yōu)化方案為例。

1）單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)4極方案取代凸極式集中勵(lì)磁罩極電動(dòng)機(jī)2極方案[3]，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3 300 RPM降低至1 650 RPM，在齒輪相互嚙合傳動(dòng)時(shí)，尤其一級(jí)齒輪嚙合速度最快，一級(jí)嚙合速度降低后，噪聲可以有效降低；減速器減速比640調(diào)整至320，4級(jí)齒輪傳動(dòng)改為3級(jí)齒輪傳動(dòng)，減少傳遞級(jí)數(shù)和齒輪數(shù)量，降低機(jī)械傳動(dòng)噪聲，如圖2所示。

圖2 兩種電機(jī)齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2）由于家用制冰機(jī)在使用過程中運(yùn)行環(huán)境以及使用工況相對(duì)穩(wěn)定[4]，對(duì)齒輪減速電動(dòng)機(jī)的輸出力矩要求相對(duì)較低，但對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行噪聲反而有很高的要求，故減速器的I級(jí)傳動(dòng)副通常設(shè)計(jì)為金屬齒輪與塑料齒輪傳動(dòng)嚙合。齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中金屬齒輪與塑料齒輪配對(duì)設(shè)計(jì)，通過塑料材料的應(yīng)用使產(chǎn)品在使用過程中大大的降低了齒輪副嚙合的噪聲，有效提升用戶的使用體驗(yàn)。

3）齒輪拋光，去除齒輪毛刺，提升齒輪表面光潔度，提高齒輪嚙合精度，減少傳動(dòng)雜音，更加平穩(wěn)，同時(shí)避免因毛刺而產(chǎn)生的振動(dòng)問題，以達(dá)到降低噪聲的效果。齒輪在高速嚙合時(shí)，也避免了因毛刺脫落而導(dǎo)致的劃傷、卡齒等問題，提升齒輪的使用壽命。

4）由于電機(jī)軸齒與一級(jí)齒輪嚙合速度最快，而軸齒長度較長，由于裝配累計(jì)誤差，軸齒的跳動(dòng)往往比較大，軸齒與一級(jí)齒輪平行度不一致，會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，甚至運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生卡滯的現(xiàn)象。通過裝配工藝控制轉(zhuǎn)子軸齒部與減速器端面垂直度≤0.08，提升齒輪接觸精度和垂直度，可以有效降低噪聲。

通過開發(fā)中采用上述方案優(yōu)化，電機(jī)的噪聲得到明顯的改善提升。兩種電機(jī)的噪聲測試對(duì)比數(shù)據(jù)見表3。

表3 兩種電機(jī)的噪聲測試對(duì)比數(shù)據(jù)

3 專利

根據(jù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化和機(jī)械結(jié)構(gòu)的重大改進(jìn)申請(qǐng)了相關(guān)專利，目前,該產(chǎn)品涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況如下：

發(fā)明專利已受理1項(xiàng):

齒輪拋光裝置，專利號(hào)：CN201910253993.6。

實(shí)用新型專利已授權(quán)3項(xiàng):

1）齒輪拋光裝置，專利號(hào)：CN201920421753.8；

2）小型制冰機(jī)的動(dòng)力總成，專利號(hào)：CN202221411476.0；

3）一種緊湊型電機(jī)，CN202221126009.3。

4 結(jié)語

綜上，采用滿足相同使用要求的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)可以解決凸極式集中勵(lì)磁罩極電動(dòng)機(jī)漏磁吸附外殼噪聲；同時(shí)采用幾種機(jī)械噪聲降噪技術(shù)措施，可降低家用制冰機(jī)電機(jī)噪聲（4～6）dB。在針對(duì)細(xì)分行業(yè)，根據(jù)行業(yè)不同的要求，在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中需要采用一種或多種綜合降低電機(jī)噪聲的優(yōu)化方案，達(dá)到降低噪聲的目的，不斷改善用戶的體驗(yàn)感、安全感，最終達(dá)到家用制冰機(jī)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。