空调用鼓风机异响分析及解决方案

崔建维，吴春来

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

客户对整车NVH性能越来越关注，而驾驶室内空调的NVH又是很重要的一环，驾驶室内鼓风机异响为空调系统异响的最重要因素之一。某轻型卡车量产多年后，市场多次反馈鼓风机有异响，初步统计异响故障为88例（表1）。本文结合鼓风机原理和构成，对异响进行分析并制定有效措施。

表1 鼓风机异响统计数据

1 空调鼓风机的结构和原理

鼓风机一般分为有刷风机和无刷风机，轻型卡车基于成本等因素基本采用有刷风机。有刷风机一般由电枢分总成（转子）、电机壳总成（定子）、端盖分总成、刷架盒总成和叶轮总成组成，见图1。定子为永磁式，由机壳及磁钢组成，转子铁芯上有绕组，通电后转子上形成磁场，在定子磁场的相互吸引下使电机旋转[1]。

图1 鼓风机组成结构图

2 故障分析

对退回件实物确认，退回风机外观无异常，风机通电后工作正常（图2），但风机整体异响较大。

图2 鼓风机返件测试图

针对上述鼓风机异响进行FTA调查（图3），对异响原因进行各项分析。

图3 对鼓风机异响进行FTA调查

1）换向器和碳刷磨合状态：拆解鼓风机故障件，检查换向器的磨合状态，对换向器的新件进行分析，检查磨合前的状态。通过拆解、检查分析，发现故障件换向器和碳刷磨合效果差，新件个别换向器的槽口存在毛刺（图4）。

图4 换向器拆解对比

通过对比发现换向器磨损严重，且新件存在毛刺等不光滑状态，基本锁定为异响原因之一。

2）碳刷和碳刷盒来件是否合格：对碳刷和碳刷盒来件进行精测，各抽取5件测量（表2），结果合格。

表2 碳刷和刷盒抽检表

3）碳刷与碳刷盒间隙状态：拆解鼓风机故障件，检查碳刷与碳刷盒之间的间隙，对插片的结构、状态进行确认。插片状态良好，故障件发现个别件存在插片变形，导致铆接后产生间隙。拆片变形原因为包装结构不合理，导致挤压变形，已经整改到位（图5），非异响的原因。

图5 调查图

4）碳刷是否异常磨损：拆解鼓风机故障件，检查碳刷的磨损状态，对换向器磨合后的状态、碳刷在换向打火的状态进行检查（图6）。通过检查，发现故障件碳刷磨合后表面烧蚀发黑严重，换向器表面发红，是异响的主要原因。

图6 碳刷返件拆解对比图

5）机壳端面是否凸台、毛刺，端盖铆接松动：检查发现端盖表面平整无凸台和毛刺，铆接部位尺寸满足设计要求，铆接后固定牢靠，故不存在影响碳刷和碳刷盒间隙的因素。

6）电机轴承尺寸是否满足要求、电机轴承高低温后尺寸是否超差：随机抽取10个轴承进行测量，测量值均在设计范围内（图7），对经过高低温的轴承进行测量，测量值均在设计范围内（图8）。

图7 轴承尺寸测量图

图8 轴承高低温后尺寸测量图

7）鼓风机与壳体配合确认：拆解鼓风机故障件，使鼓风机与壳体分离，通过风机叶轮、鼓风机壳体尺寸校核和风机通电运行检查，确认异响非鼓风机干涉导致。

8）风机叶轮动平衡检查：叶轮外观检查，无开裂损坏，平衡块固定牢靠。叶轮孔与转子轴无相对运动，无窜动，对故障件叶轮进行动平衡试验（叶轮1800r/min残余不平衡＜7.5g·mm），叶轮动平衡满足设计要求。

3 制定对策及验证

经过上述原因分析后，确认鼓风机异响的主要原因为换向器、碳刷磨合效果差和碳刷异常磨损，针对该两项进行整改。

1）换向器和碳刷磨合效果差处理对策：①车削工艺改进，精车机车削刀采用正、反方向车削方式，确保换向器的槽口无毛刺，从而降低电机噪声（图9）；②碳刷与换向器的接触尖角角度优化，使碳刷可以与换向器快速吻合接触，使得电机的碳刷声音更柔和。

2）碳刷异常磨损、烧蚀处理对策：①碳刷从国产东南碳刷更换为日本富士电刷，提升电刷耐久性；②磁瓦从等厚修改为偏心不等厚斜角磁瓦（图10），磁瓦偏心处理，电机气隙不对称，可以抑制电机齿槽转矩脉动，使得电枢在磁场中的电磁振动得以减小，从而降低电机的换向火花。

图10 磁瓦尺寸优化图

对整改后的鼓风机运行验证，耐久试验状态良好，无烧蚀发红，无异响。统计整改一年后的车，在市场上无鼓风机异响故障。

4 总结

通过对空调鼓风机异响问题进行分析，经过PDCA流程确认异响的主要原因。通过车削工艺改进，碳刷与换向器的接触尖角角度优化，碳刷更换为日本富士电刷和磁瓦从等厚修改为偏心不等厚斜角磁瓦的措施，解决了鼓风机异响问题的同时为后期其他部件优化提供一定的思路。