变频空调压缩机电机的振动噪声优化研究

变频空调压缩机电机的振动噪声优化研究

熊慧慧

TCL空调器（中山）有限公司    广东中山528400

摘要：本文旨在深入研究变频空调压缩机电机的振动噪声问题，并提出有效的优化策略。通过对压缩机电机振动噪声产生机理的分析，探讨了电磁力、机械结构以及转速变化等因素对振动噪声的影响。运用有限元分析方法对电机进行了模态分析和电磁力分析，结合实验测试数据，提出了包括优化电机电磁设计、改进机械结构以及采用主动控制技术等一系列优化措施。研究结果表明，这些优化方法能够显著降低变频空调压缩机电机的振动噪声，提高空调的运行舒适性和可靠性，为空调行业的技术发展提供了有益的参考。

关键词：变频空调；压缩机电机；振动噪声；优化研究

一、引言

随着人们生活水平的提高，对空调舒适性的要求也越来越高。变频空调因其节能、控温精准等优点在市场上得到了广泛应用。然而，压缩机电机的振动噪声问题一直是影响变频空调品质的关键因素之一。过大的振动噪声不仅会降低用户的使用体验，还可能导致空调零部件的疲劳损坏，缩短空调的使用寿命。因此，深入研究变频空调压缩机电机的振动噪声优化方法具有重要的现实意义。

二、变频空调压缩机电机振动噪声产生机理

（一）电磁力引起的振动噪声

压缩机电机在运行过程中，电流与磁场相互作用产生电磁力。当电磁力的频率与电机的固有频率接近或相同时，就会引发电机的共振，从而产生较大的振动和噪声。电磁力的大小和分布与电机的电磁设计密切相关，如定子绕组的分布、磁路结构等。

（二）机械结构引起的振动噪声

电机的机械结构，包括定子铁芯、转子、轴承等部件，在运转过程中也会产生振动噪声。例如，转子的不平衡、轴承的磨损或间隙不当等都会导致机械振动的产生。此外，电机与压缩机之间的连接方式和安装结构也会对振动噪声的传递产生影响[1]。

（三）转速变化引起的振动噪声

变频空调压缩机电机的转速根据制冷需求不断变化。在转速调节过程中，由于电机的惯性和电磁特性的变化，容易产生转矩脉动和振动噪声。特别是在低频运行时，电机的转矩脉动较大，振动噪声问题更为突出。

三、变频空调压缩机电机振动噪声分析方法

（一）有限元分析方法

1. 模态分析

通过建立电机的有限元模型，对电机进行模态分析，可得到电机的固有频率和振型。这有助于判断电机在不同电磁力频率作用下是否会发生共振，并为结构优化提供依据。例如，利用 ANSYS 等有限元软件，对压缩机电机的定子和转子分别进行建模，设置合适的材料属性和边界条件，计算出电机的前几阶固有频率和相应的振型[2]。

2. 电磁力分析

运用有限元软件对电机的电磁场均进行分析，计算出电机在不同工况下的电磁力分布。通过对电磁力的频谱分析，可以确定电磁力的主要频率成分，从而分析其与电机振动噪声的关系。例如，在不同转速和负载情况下，分析定子齿槽处和转子表面的电磁力变化规律。

（二）实验测试方法

1. 振动测试

采用加速度传感器安装在电机外壳和压缩机壳体上，测量电机在运行过程中的振动加速度。通过对振动信号的采集和分析，可以得到振动的幅值、频率等信息，从而评估电机的振动水平。例如，使用多通道数据采集仪采集加速度传感器的数据，并利用专业的振动分析软件进行信号处理和频谱分析。

2. 噪声测试

利用声级计在规定的测试环境中测量空调压缩机电机的噪声水平。可以分别测量电机在不同转速、不同制冷负荷下的噪声值，并对噪声的频谱进行分析，确定主要噪声源的频率范围。例如，在半消声室中按照相关标准对空调进行噪声测试，分析噪声的 A 声级、倍频程频谱等参数[3]。

四、变频空调压缩机电机振动噪声优化措施

（一）电磁设计优化

1. 定子绕组优化

采用合理的定子绕组分布方式，如优化绕组的匝数、线径和节距等，可以改善电机的磁场分布，降低电磁力的谐波含量。例如，采用分数槽绕组技术，能够减少定子齿槽转矩，从而降低由此引起的振动噪声。通过有限元仿真分析不同绕组方案下的电磁力变化，选择最优的绕组设计。

2. 磁路结构优化

优化电机的磁路结构，如改变铁芯材料、调整气隙长度等，可以降低磁阻，减少磁滞损耗和涡流损耗，进而降低电磁力的波动。例如，选用高导磁率、低损耗的新型铁芯材料，适当增大气隙长度以减少齿槽效应，但气隙长度的增加需综合考虑电机的功率因数和效率等因素。

（二）机械结构改进

1. 转子平衡优化

提高转子的动平衡精度，减少转子的不平衡量。通过对转子进行高精度的动平衡校正，可有效降低因转子不平衡引起的机械振动。例如，采用先进的动平衡设备和工艺，对转子在不同转速下的不平衡量进行精确测量和校正，确保转子的残余不平衡量控制在极小范围内。

2. 轴承优化

选择合适的轴承类型和参数，如轴承的型号、游隙、润滑方式等。合适的轴承能够减少摩擦和磨损，降低振动噪声的产生。例如，采用高精度的滚珠轴承，并优化轴承的预紧力和润滑脂的填充量，提高轴承的运行稳定性。同时，对轴承的安装结构进行优化，确保轴承安装的同轴度和垂直度，减少因安装不当引起的额外振动。

3. 电机与压缩机连接结构优化

改进电机与压缩机之间的连接方式，如采用弹性联轴器或优化连接螺栓的预紧力等，可以减少振动的传递。弹性联轴器能够吸收部分振动能量，起到缓冲和减振的作用。通过对连接结构的动力学分析，确定最佳的连接方式和参数，降低振动噪声从电机到压缩机的传递。（三）主动控制技术应用

 1. 主动噪声控制

采用主动噪声控制技术，通过在空调内部安装噪声传感器和扬声器，实时监测和抵消噪声。根据声波的干涉原理，控制器根据噪声传感器采集到的噪声信号，产生与噪声相位相反、幅值相等的声波，通过扬声器发出，从而实现对噪声的主动抵消。例如，在空调出风口附近安装麦克风和扬声器，针对低频噪声进行主动控制，有效降低空调运行时的噪声水平。

2. 主动振动控制

利用主动振动控制技术，在电机或压缩机上安装振动传感器和执行器。当传感器检测到振动信号后，控制器根据振动信号的特征驱动执行器产生反向的作用力，抵消电机的振动。例如，采用压电陶瓷执行器或电磁执行器，通过对电机的振动进行实时监测和反馈控制，减少电机的振动幅度，从而降低因振动产生的噪声。

五、优化效果验证

通过对优化前后的变频空调压缩机电机进行振动噪声测试，并对比测试结果来验证优化措施的有效性。例如，在相同的测试条件下，对优化前的空调机组进行振动加速度和声压级的测量，然后对采用了电磁设计优化、机械结构改进和主动控制技术后的空调机组进行同样的测试。结果表明，优化后的电机振动加速度幅值明显降低，噪声水平也有显著下降，特别是在低频段的振动噪声改善效果更为突出。同时，通过长期运行可靠性测试，发现优化后的电机和压缩机的疲劳磨损减少，空调的整体可靠性得到提高。

表1  变频空调压缩机电机振动噪声优化表

六、结论

综上所述，本文对变频空调压缩机电机的振动噪声问题进行了深入研究，详细分析了振动噪声的产生机理，采用有限元分析和实验测试相结合的方法对电机的振动噪声特性进行了分析，并提出了一系列优化措施，包括电磁设计优化、机械结构改进和主动控制技术应用。通过优化效果验证，证明了这些措施能够有效降低变频空调压缩机电机的振动噪声，提高空调的舒适性和可靠性。随着空调技术的不断发展，未来还需要进一步深入研究新型的减振降噪技术，以满足人们对空调品质日益提高的要求。

参考文献：

[1]任明旭,沈慧,谢利昌,靳海水.变频压缩机电机电磁振动与噪声优化设计研究[J].微电机,2020,54(09):43-47.

[2]毛开智,袁浩.家用变频空调压缩机噪声的消除研究[J].装备机械,2018(03):40-43.

[3]黄年周.家用变频空调压缩机噪声的消除研究[J].决策探索(中),2018(07):93-94.