一种主动降噪系统及具有其的空调室外机的制作方法

本实用新型涉及减振降噪技术领域和空调技术领域，具体涉及一种主动降噪系统，并且还涉及一种空调室外机。

背景技术：

随着对空调室外机低成本小型化的要求越来越高，空调室外机结构的钣金件在确保结构可靠性的前提下也越来越薄。然而薄壁结构的刚度较低、阻尼较小，辐射面积大且辐射效率高，因而对结构振动噪声的贡献越来越明显。现有技术中，主要通过在钣金件上粘贴阻尼层的方式进行减振降噪，这种方式虽然能够起到一定的降噪作用，但降噪效果并不理想，并且长期工作后可能发生热老化脱落，可靠性不强。

技术实现要素：

基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供一种主动降噪系统，能够主动根据外部激励的变化做出响应，从而快速减小设备中钣金件的振动，有利于降低设备整机的辐射噪声。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种主动降噪系统，用于对设备中的钣金件进行减振降噪，包括：

传感器，敷设在所述钣金件上，用于检测所述钣金件的振动；

阻尼材料，敷设在所述传感器上；

作动器，敷设在所述阻尼材料上，用于产生变形以增大所述阻尼材料的阻尼效果；和

控制器，用于根据所述传感器检测到的振动信号产生控制信号，以控制所述作动器的变形。

优选地，所述传感器包括第一压电材料层，所述作动器包括第二压电材料层，并且所述第一压电材料层和所述第二压电材料层的压电材料极化方向相反。

优选地，所述控制器包括DSP控制板，所述第一压电材料层将检测到的振动信号转化为电压信号传送给所述DSP控制板。

优选地，所述控制器还包括压电材料功率放大器，所述DSP控制板基于接收到的电压信号输出所述控制信号，所述控制信号经所述压电材料功率放大器后驱动所述第二压电材料层变形。

优选地，所述DSP控制板包括信号放大仪、偏置电路和DSP芯片，所述信号放大仪用于将所述第一压电材料层传送的电压信号进行放大，所述偏置电路用于对放大后的电压信号进行调整，之后传输给所述DSP芯片，所述DSP芯片用于产生所述控制信号。

优选地，所述控制器利用自适应对消原理产生所述控制信号，使所述作动器的变形与所述钣金件的振动变形对消。

本实用新型的另一目的在于提供一种空调室外机，其钣金件的振动噪声能够得到有效降低，从而整机的辐射噪声小。其技术方案如下：

一种空调室外机，其包括前面所述的主动降噪系统。

优选地，所述钣金件为所述空调室外机的钣金壳体。

优选地，所述传感器、所述阻尼材料和所述作动器设置在所述钣金壳体的内侧面上。

优选地，所述控制器集成于空调控制器中，或者，所述控制器为设置在所述空调室外机中的独立控制器。

本实用新型的主动降噪系统能够向空调室外机等设备中的钣金件施加主动阻尼，从而可随着环境和外界激励的变化而改变系统的阻尼，有效降低钣金件的振动噪声，进而降低整机的辐射噪声。

附图说明

以下将参照附图对根据本实用新型的主动降噪系统及相应的空调室外机的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本实用新型的优选实施方式的主动降噪系统的控制原理框图；

图2为根据本实用新型的优选实施方式的主动降噪系统的原理示意图

图3为本实用新型的主动降噪系统中所采用的自适应算法原理图。

具体实施方式

针对空调室外机钣金件的减振降噪问题，本实用新型的第一方面提供了一种主动降噪系统，用于对设备中的钣金件进行减振降噪。本实用新型的主动降噪系统能够适用的设备除了空调室外机外，还包括其他类型的设备，只要其包括钣金件且希望降低钣金件的振动即可。

如图1-2所示，本实用新型的主动降噪系统包括：

传感器2，其敷设在设备中的钣金件1上，用于检测所述钣金件1的振动；

阻尼材料3，其敷设在所述传感器2上；

作动器4，其敷设在所述阻尼材料3上，用于产生变形以增大所述阻尼材料3的阻尼效果；和

控制器5，其用于根据所述传感器2检测到的振动信号产生控制信号，以控制所述作动器4的变形。

本实用新型的主动降噪系统能够向钣金件施加主动阻尼，从而可随着环境和外界激励的变化而改变系统的阻尼，有效降低钣金件的振动噪声，并且具有可控频率宽、相应速度快的优点，能够在较宽频段内主动控制相应设备的振动噪声。

优选地，所述传感器2包括第一压电材料层，即压电传感器层，所述作动器4包括第二压电材料层，即压电约束层，并且所述第一压电材料层和所述第二压电材料层的压电材料极化方向相反。所述阻尼材料3优选形成阻尼材料层，位于第一压电材料层和第二压电材料层之间。

当设备运行时，以空调为例，诸如压缩机、外风机等产生的振动作为外部激励作用在钣金件1上，会使钣金件1偏离初始位置产生振动，第一压电材料层受到外力作用而发生变形，通过压电材料的压电效应使传感器1感知电压，并将电压信号反馈给控制器5，控制器5根据接收到的电压信号输出控制信号，该控制信号驱动作动器4，其第二压电材料层因压电效应产生收缩或拉伸变形，引起阻尼材料3的剪切变形，从而增大整个结构的阻尼效果，达到减振降噪的目的。

也即，在外加控制电压作用下，阻尼材料3将产生相应的伸缩变形以抵消外部激励引起的形变，从而使结构的振动减小，实现对结构振动的主动控制。

所示控制器5可通过反馈的电压信号来自动调节控制量，从而快速使钣金件1的振动减弱，减少声能辐射来抑制噪声。

优选地，如图1所示，所述控制器5包括DSP控制板51，所述第一压电材料层将检测到的振动信号转化为电压信号传送给所述DSP控制板51。优选地，所述控制器5还包括压电材料功率放大器52，所述DSP控制板51基于接收到的电压信号输出所述控制信号，所述控制信号经所述压电材料功率放大器52放大后驱动所述第二压电材料层变形。

优选地，所述DSP控制板51包括信号放大仪、偏置电路和DSP芯片，所述信号放大仪用于将所述第一压电材料层反馈的电压信号进行放大，所述偏置电路用于对放大后的电压信号进行调整，之后传输给所述DSP芯片，所述DSP芯片用于产生所述控制信号。所述控制信号随后传输该压电材料功率放大器52，最后传递给作动器4，使得作动器4产生合适的力矩对钣金件1的振动进行控制。

优选地，所述控制器5可以利用自适应对消原理产生所述控制信号，使所述作动器4的变形与所述钣金件1的振动变形对消。

自适应对消原理如图3所示，其中d(n)为期望信号，在实际应用中为传感器1采集的振动幅值信号，x(n)为参考信号，在实际应用中为与振动信号相关的幅值信号，y(n)为自适应滤波器H(Z)的输出信号，在实际应用中为作用于作动器4的控制信号，e(n)为误差信号。按照自适应对消原理，自适应滤波器H(Z)例如根据最小均方原则调整滤波器参数，使y(n)追踪d(n)中的与参考信号x(n)相关的信号分量，使之对消，即达到了主动控制振动的目的。

作为优选实例，自适应滤波器H(Z)采用最小均方原则(即LMS算法)确定相应的参数，其迭代计算过程如下：

w(n+1)＝w(n)-2eμ(n)x(n)；

其中，w(n)为数字滤波器权系数向量，其长度为K，μ为收敛因子；

e(n)＝d(n)-y(n)；

本实用新型的主动降噪系统主要通过局部控制方法来实现对结构的振动抑制。其中，局部控制利用结构自身配置的作动器/传感器组合可直接实现同位反馈控制，其可以消耗结构残余振动能量，提高结构阻尼(即主动阻尼)，从而缩短了系统的自由响应衰减时间。

在上述工作的基础上，本实用新型的第二方面还提供一种空调室外机，其包括本实用新型前面所提供的主动降噪系统。

由于设置有本实用新型所提供的主动降噪系统，使得相应的空调室外机能够对钣金件的振动进行主动控制，从而降低相应的钣金件的振动噪声，进而保证了整机的辐射噪声下降。

优选地，所述钣金件1为所述空调室外机的钣金壳体，即最外层钣金结构，也即相应的传感器2、阻尼材料3和作动器4设置在钣金壳体上，从而降低其对外辐射噪声的程度。

优选地，所述传感器2、所述阻尼材料3和所述作动器4设置在所述钣金壳体的内侧面上，这样，即不会影响空调室外机的外观，同时又能对相应的传感器2和作动器4提供保护，避免其裸露于外侧而易受损伤。

在具体实施时，可通过实验测定的方法确定钣金壳体上振幅较大的区域，从而有针对性地在这些区域设置传感器2、阻尼材料3和作动器4，从而不必在钣金壳体的全面积上进行设置，以降低成本。

优选地，所述控制器5可以及集成于空调控制器中，或者，所述控制器5也可以为设置在所述空调室外机中的独立控制器，并与空调控制器相连。空调控制器可以根据空调的运行情况开启或关闭主动降噪系统。例如，当控制器5集成于空调控制器中时，因其功能由空调控制器来实现，因而空调控制器可以方便地开启或关闭主动降噪系统；当控制器5为与空调控制器相连的独立控制器时，则可通过空调控制器来对控制器5进行控制，使其开启或关闭相应的功能。例如，空调控制器可以在空调低速运行或待机状态下关闭主动降噪系统，避免其长时间带电而浪费能源，而在开机运行时，则及时开启主动降噪系统，以便第一时间启用主动降噪功能。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。