家用制冰机电机噪声的分析及优化

张 磊 朱智平 陈永飞 齐利娜 张 浩

（1.浙江联宜电机有限公司 东阳 322118；2.横店集团东磁股份有限公司 东阳 322118）

引言

随着人们对生活品质的不断提高，对食品多样化的要求也越来越多，饮品更是如此，许多人已不局限于以“健康”的热饮为主，更喜欢刺激爽快的冰饮。在居家生活中，可以随时在家享受一杯冰饮更是一件非常惬意的事情，因此家用制冰机也应运而生。

一口一块易咀嚼冰块，口感很赞，提供了更好的食用口感，让冰块易碎更易咀嚼，含入口中，带来如雪花般的清爽体验。音乐跟美酒总是特别相配，音乐让酒更浪漫，酒让音乐更有韵味，而一杯冰镇的酒则让欣赏音乐的人更能品出其中的情感与真意。

电机作为家用制冰机的核心驱动部件，它在为制冰机提供动力的同时，机械运动也不可避免的带来了振动与噪声等其他影响。

由于家电产品的噪声指标直接关系到消费者生活体验的好坏[1]，因此，在节能的基础上加大技术研发和创新，严格并提高行业标准，持续降低产品噪声值，让消费者拥有更好的生活体验成为必然。

随着人们生活水平的不断提高，出于对更加美好生活的向往和追求，对家用电器产品的质量、功能、噪声等性能也提出了越来越高的要求[2]。家用制冰机降噪优化设计成为家用制冰机制造企业重点关注的问题之一。

1 家用制冰机电机噪声原因分析

电机是将电能转化为机械能，再利用机械能产生动能来驱动其他装置的电气设备[2]。家用制冰机螺旋式制冰机构连接电机减速箱出轴，电机为螺旋状的刮冰刀把冰从璧上刮下来提供旋转力矩动力，同时在冰往上推的过程中，电机减速箱出轴为受到的反向作用力提供支撑。电机工作时由于电磁场感应以及机械运动，通常有多种噪声原因同时存在，主要有电机漏磁吸附外壳噪声、减速器机械传动噪声等。

1.1 电机漏磁吸附外壳噪声

目前家用制冰机行业里主要以凸极式集中励磁罩极电动机结构，电动机极数以2极为主，主要优势是罩极电动机结构简单，制造方便，不用另加绕组和电容器，适合批量化生产，成本低廉。并且噪音低，没有无线电不扰。但是劣势是凸极式集中励磁罩极电动机气隙太大或不均匀，磁力线不能完全闭合，穿透到铁芯和定子上，形成漏磁。此外，凸极式集中励磁罩极电动机的铁芯材料一般以高铁损（800以上矽钢片）为主，磁性能较差，导致漏磁增加。

为了考虑产品的大小，家用制冰机的结构一般比较紧凑，四周外壳为铁质钣金冲压件，且距离电机比较近，一般为5 mm左右，凸极式集中励磁罩极电动机漏磁对家用制冰机外壳会造成吸附的现象，此外家用制冰机外壳较薄，吸附会造成铁质钣金冲压件振动变形，产生噪声；在吸附现象中，电机在启动瞬间或者负载变化的过程中，产生的影响更加明显。

1.2 减速器机械传动噪声

目前家用制冰机电机的噪声来源一部分主要为减速器齿轮机械传动的噪声，齿轮在相互啮合传动时，由于相互的碰撞或摩擦激起齿轮体振动而辐射出来的噪声。噪声的大小与齿轮选用材料，齿轮以及相关零部件加工的质量和精度以及零部件的安装、配合精度等都有关系。

齿轮设计方面：齿轮箱结构设计不合理等。齿轮加工方面：齿形齿向误差过大，齿侧间隙过大，表面粗糙度过大等。齿轮系及齿轮箱方面：装配偏心，接触精度低，轴的平行度差等。都会在减速器运转过程中产生机械振动和噪声。

2 家用制冰机电机降噪技术优化设计

2.1 电机漏磁优化方案

电机漏磁是电机中不可避免的现象，但是过多的漏磁会影响电机的性能和效率。为了减少电机漏磁，要选择合理结构和设计方案的电机，要合理设计电机的磁路以及定转子槽型，选择导磁性能好的定转子铁芯材料。只有这样，才能保证电机的正常运行和高效工作，满足不同行业的使用要求。

以某款家用制冰机所用的凸极式集中励磁罩极电动机在使用中遇到噪声问题的优化方案为例。该款电机在装入制冰机做可靠性测试时发现噪声偏大，经过分析和对比验证判断，噪声原因一部分来自电机漏磁吸附产品铁质钣金冲压件外壳振动噪声。采用满足客户相同使用要求的单相电容运转异步电动机后，电机产生正弦规律一个变化的交变的脉冲磁场，电动机气隙均匀且很小,漏磁更小，效率更高，有效解决了电动机漏磁对家用制冰机外壳造成的吸附现象。两种电机的主要技术参数见表1。

表1 两种电机的主要技术参数

本文介绍一种用来对比不同电机漏磁大小的方法：采用长度80 mm*宽度20 mm*厚度0.1 mm的铁片，铁片高度位于电机定子铁芯中间，铁皮一端固定，另外一端正对电机定子铁芯中间，测试电机启动瞬间铁片基本不动时的最远距离，来比较两款电机漏磁大小。

凸极式集中励磁罩极电动机的平均最远距离约为170 mm，单相电容运转异步电动机的平均最远距离约为35 mm，距离降低79.507 %。两种电机的漏磁测试方法见图1，两种电机的漏磁测试距离数据见表2。

图1 两种电机的漏磁测试方法

表2 两种电机的漏磁测试距离数据

2.2 减速器机械噪声优化方案

以某款家用制冰机所用的电动机在开发中遇到噪声问题优化方案为例。

1）单相电容运转异步电动机4极方案取代凸极式集中励磁罩极电动机2极方案[3]，电机额定转速3 300 RPM降低至1 650 RPM，在齿轮相互啮合传动时，尤其一级齿轮啮合速度最快，一级啮合速度降低后，噪声可以有效降低；减速器减速比640调整至320，4级齿轮传动改为3级齿轮传动，减少传递级数和齿轮数量，降低机械传动噪声，如图2所示。

图2 两种电机齿轮箱结构设计

2）由于家用制冰机在使用过程中运行环境以及使用工况相对稳定[4]，对齿轮减速电动机的输出力矩要求相对较低，但对产品的运行噪声反而有很高的要求，故减速器的I级传动副通常设计为金属齿轮与塑料齿轮传动啮合。齿轮传动设计中金属齿轮与塑料齿轮配对设计，通过塑料材料的应用使产品在使用过程中大大的降低了齿轮副啮合的噪声，有效提升用户的使用体验。

3）齿轮抛光，去除齿轮毛刺，提升齿轮表面光洁度，提高齿轮啮合精度，减少传动杂音，更加平稳，同时避免因毛刺而产生的振动问题，以达到降低噪声的效果。齿轮在高速啮合时，也避免了因毛刺脱落而导致的划伤、卡齿等问题，提升齿轮的使用寿命。

4）由于电机轴齿与一级齿轮啮合速度最快，而轴齿长度较长，由于装配累计误差，轴齿的跳动往往比较大，轴齿与一级齿轮平行度不一致，会导致旋转运动时产生噪声和振动，甚至运转会产生卡滞的现象。通过装配工艺控制转子轴齿部与减速器端面垂直度≤0.08，提升齿轮接触精度和垂直度，可以有效降低噪声。

通过开发中采用上述方案优化，电机的噪声得到明显的改善提升。两种电机的噪声测试对比数据见表3。

表3 两种电机的噪声测试对比数据

3 专利

根据设计方案优化和机械结构的重大改进申请了相关专利，目前,该产品涉及知识产权情况如下：

发明专利已受理1项:

齿轮抛光装置，专利号：CN201910253993.6。

实用新型专利已授权3项:

1）齿轮抛光装置，专利号：CN201920421753.8；

2）小型制冰机的动力总成，专利号：CN202221411476.0；

3）一种紧凑型电机，CN202221126009.3。

4 结语

综上，采用满足相同使用要求的单相电容运转异步电动机可以解决凸极式集中励磁罩极电动机漏磁吸附外壳噪声；同时采用几种机械噪声降噪技术措施，可降低家用制冰机电机噪声（4～6）dB。在针对细分行业，根据行业不同的要求，在设计开发过程中需要采用一种或多种综合降低电机噪声的优化方案，达到降低噪声的目的，不断改善用户的体验感、安全感，最终达到家用制冰机的噪声标准。