CN85200934U - 节省材料的洗衣机用电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属单相电容运转异步电动机，用于各种波轮式洗衣机及脱水机，综合采用异形槽定子冲片，正弦分布绕组等现有技术，设计有导风的管状进风道端盖，电磁设计选取高气隙磁密和电流密度，缩短铁心长、减少导线用量，达到在满足上述洗衣机及脱水机使用要求的前提下仍能大幅度节约材料之目的，有效材料节约可达15～25％。

Description

本实用新型属单相电容运转异步电动机，是用于各种波轮式洗衣机及脱水机的电机。在一般鼠笼式单相电容运转异步电机设计计算理论基础上，近年来研究洗衣机用电机如何满足家用波轮式洗衣机及脱水机使用要求及同时能节省材料的途径之一是采用异形槽洗衣机电机的设计（参见《家用电器科技》，1984年第4期；《分马力电机》，1984年第2期），已有技术的不足之处在于对该类电机未能突破一般设计指导性文件推荐的磁负荷及电流密度的约束，自然也不会提出解决由此而引起的噪声及振动增加、定转子齿部及轭部磁路饱和、效率下降、温升增高等问题的方案。

本实用新型的任务在于提供整个系列的洗衣机用电机，使其在满足波轮式洗衣机及脱水机使用要求，具有良好性能指标的前提下，能有效地节约大量电磁材料。

家用电器工业的迅速发展，促成每年生产大量该类电机，消耗数以万吨计的硅钢片及铜线，故降低其材料成本意义重大。现有技术采用异形槽定子冲片后，定子轭部磁路得以改善，对于功率为25～250瓦的洗衣机电机而言，为保证其具有接近低噪声的水平，气隙磁密一般仍拘于设计指导性文件介绍的限值范围，即2P＝2时，气隙磁密B_δ＝0.4～0.65T；2P＝4时，B_δ＝0.3～0.6T，未能有较多的突破，材料节省也有限。本发明致力于大幅度节约原材料。为完成本新型任务而提出的解决方案包括：提高气隙磁密，超过公知的限值而不致使噪声、振动的增加影响该类电机的使用；合理设计定子冲片 的齿槽尺寸，选取高气隙磁密时仍使定子齿部及轭部磁路具有合理的饱和程度；通过改善电机通风结构提高散热效果来解决因铁心缩短、磁密增高、线径变细引起的电流密度增大造成的电磁损耗增加、温升增高的问题。

方案内容如下：

1、气隙磁密选取范围提高到0.68～0.76特斯拉。本新型电机敢于提高该类电机气隙磁密有如下四条依据。

①考虑洗衣机对电机噪声和振动的要求，可提高气隙磁密。有充分的数据说明，洗衣机电机噪声控制在55分贝以下，能使洗衣机厂相当满意。实践证明，本实用新型选取高气隙磁密的洗衣机用电机噪声属满意水平。当然，电机制造过程中的加工精度、装配质量、轴承质量等应同时得到保证。

本实用新型电机选取高气隙磁密对电机振速及其对洗衣机使用的影响经实验验证的结论是：

A、电机径向振速主要决定于动不平衡造成的25HZ的振动，若动平衡良好，则100HZ的振动最突出，其次400～630HZ的振动较大，气隙磁密增大使400～630HZ径向振动增强，但它不起决定性的作用，未造成总的振速增加。

B、切向振动主要决定于椭圆磁场造成的100HZ振动，本实用新型电机与改型前的电机相比，振速相差无几，由于新型电机惯量低，可见其振动力矩比改型前的电机小。

C、电机振动对洗衣机的影响主要是切向100HZ的振动，径向振速仅是切向振速的 1/8 ～ 1/11 ，而且气隙磁密在影响径向振动的因素中并不是唯一的因素，因而气隙磁密的增加，不会影响电机的使用。电 机400HZ的振动对洗衣机的影响较小。

②改进电机的磁路设计，使用异形槽定子冲片，齿槽尺寸安排合理，充分利用磁性材料可以限制由于提高气隙磁密后定子轭部及定子齿部磁路的饱和程度。

③从节约能源的要求出发，国家限制生产硅钢片D22，禁止生产硅钢片D21，导磁材料磁性能的提高出现了节能系列电机。洗衣机电机采用D22以上的硅钢片可以改善磁路饱和程度，因而洗衣机电机改进设计（包括提高气隙磁密）自成一个新系列也是完全可以做到的。

④改进定子冲片磁路后，轭宽增加，定子铁心的刚性增加，从而使其固有频率大大提高，在较低极对数的低频力波作用下，铁心变形减小，振动减小。一般高次力波幅值较小，振动可忽略不计。而高频的低极对数力波可能接近固有频率而使振动增加。但高频力波的幅值不大且洗衣机本身的固有振动频率很低，因而气隙磁密增加后，不致使电机的振动与噪声增加，更不会使洗衣机的噪声增加。

2、设计合理的异形槽定子冲片内、外径，齿槽数和齿槽形状、尺寸：定子冲片的设计对电机性能起主导作用，它又是气隙磁密能否提高的关键因素之一。本实用新型电机设计的定子冲片外形尺寸，排料合理，便于最大限度地利用1米×2米的整张硅钢片。根据正弦分布绕组及方圆形铁心的特点，本新型电机设计的定子冲片如图1、图2所示。该两冲片的共同特征在于对冲片异形槽尺寸的合理安排，图1与图2中的大、小槽槽形分别相同，采用两图均可实现本新型电机的效果。两图的区别在于图1有16个同形大槽及8个同形小槽，而图2则有16个同形小槽和8个同形大槽。从轭部磁路的宽度来看， 两图中位于直线部位的小槽（如第1、2槽）对改善轭部磁路饱和程度的效果非常明显；位于圆弧部位的8个槽（如第4、5槽）对应的轭部本来就不饱和，图2采用小槽，使磁路加宽后的效果甚少。图1中第4、5等槽取大槽可使得该冲片的8槽具有较低的槽满率，以改善工艺性。用图2则无此效果。

3、在异形槽定子铁心上巧布绕组：采用正弦分布绕组可获得较大的基波绕组系数及较小的谐波绕组系数，对于改善性能、降低噪音、节约铜线均有作用，利用正弦绕组在各槽中导体数不同这一特征可给定子冲片采用异形槽提供必要条件。为利于洗衣机正、反转线路的换接，本新型电机主、副相绕组设计为完全对称。下面提供两种不同的绕组安排及嵌线方式并阐明其特点。见图3、图4。两图中所用的定子铁心均用图1所示的定子冲片叠压而成。（亦可用图2所示的定子冲片叠压铁心）图3与图4的共同点是8个嵌有单层绕组的小槽槽满率与8个嵌有双层绕组的大槽槽满率一致，另8个大槽只嵌有单层绕组槽满率较低；按两图嵌线，特征在于图3的外层相与图4的内层相绕组轴线位置同处在铁心直线段中部，其工艺性无大差别，但由于轴线位置不同两相磁路的饱和程度及漏磁的大小有所不同。按图3，空载时定子两相空载阻抗比较不对称，但绕组端部排列整齐；按图4，空载时定子两相空载阻抗较为对称，而绕组端部整齐程度稍次。由于空载阻抗的少许差别对额定运行的性能影响甚微，故两图均可采用。

4、改进端盖结构，巧置风路：一般同类型铸铝鼠笼转子两端均带有风叶，电机安装在洗衣机上时，轴伸端装有小皮带轮，其下方一般都带有风叶，对电机起通风冷却作用，因而有的同类电机转子在轴伸端一侧无风叶、转子上的风叶在封闭式电机中起搅拌空气的作用， 在开启式电机中其散热效果很差。通常洗衣机电机取开启式，为使风叶起到较强的通风散热作用，可以把端盖的结构加以改进。图5是改进前的端盖结构和风路示意图，图6是改进后的。改进前转子风叶［21］旋转造成的气压差只能使风叶附近的空气产生局部循环和紊流［22］，改进后的端盖设有导风的管状进风道［25］，风道外壁阻止了空气的“短路”途径，迫使空气形成定向的气流［23］通过绕组端部，将热量从出风口［24］带走。

本新型系列电机转子两端均铸有风叶，前后两个端盖均置进风道和出风口并形成通道，风冷效果明显，电机温升大大降低。这就为提高电磁负荷及绕组电流密度创造了条件，因此该电机允许在不带外风扇的条件下正常工作，此时绕组温升仍远低于相应绝缘等级规定的允许值。本新型系列电机中，脱水机电机为短时工作制；加之因叠压铁心很短而对转子斜槽漏抗及叠片工艺性的考虑，气隙磁密及电流密度设计得相对较低。故允许采用一般结构型式的端盖及一端（或两端）无风叶的转子。

实现上述四项解决方案，可以设计出波轮式洗衣机及脱水机所需要的25～250瓦范围内的各种功率等级的电机。采用前述两种定子冲片图配以前述两种正弦绕组排列图对于选取高气隙磁密同时解决电机由此而产生的噪声及振动的增加、铁损增加、力能指标下降、效率降低等问题起了决定性的作用；加之采用上述改进的端盖结构对解决电机的温升问题起了充分地保证作用。整个系列电机的特点在于性能好、省材料，同时具有良好的工艺性，槽满率适宜大批量生产，详见表1。新型电机的性能、材料数据见表2。

新型电机节省材料及槽满率情况

与现有一般产品的对比        表1

本实用新型电机的性能、经济性数据

表2

＊注：3900克·厘米即为0.38牛·米，

6400克·厘米即为0.63牛·米。

实现本实用新型系列电机无须特殊条件。凡具有中小型电机、微电机基本生产手段和工艺水平的普通企业均可大批生产。本新型系列电机各功率等级采用同一尺寸的定、转子冲片，可选用各种轴承（包括含油轴承或滚珠轴承）及端盖材料（铸造铝合金或钢板），本新型电机的120瓦电机已经过内部批量生产验证，具备完整的试验报告及大量分析对比数据。对于25～45、90、180、250瓦电机均有用大批量生产手段制造的样机及其测试数据。

实现本实用新型电机的最佳方案：以制造本实用新型电机中的120瓦洗衣机电机为例。采用图1的定子冲片，图3的绕组排列方式，图6所示意的端盖结构。电机的结构如图7所示。图1的定子冲片外形尺寸为外径φ117±2，方形边距（107±2）×（107±2），内径为67±2，24槽均布，齿宽4.2±0.2；大槽槽底连接圆直径为φ94.5±1，大槽为梨形槽，槽底圆直径为φ7±2，槽口圆直径为φ5.2±0.2，小槽槽底连接圆直径为φ83±1小槽槽口圆直径为φ5.2±0.2，小槽槽底为两圆弧角的圆底槽，两圆弧直径为φ4±1，该两圆中心距为1.6±1。本例冲片实际尺寸是上述尺寸范围内的某一尺寸。铁心长度由一般设计的40毫米减为32毫米，硅钢片用料减为一般设计的80％；定子线圈用QZ－2聚脂漆包线，线径减小，按气隙磁密B_δ＝0.72T计算确定匝数，用铜量相应减少。图7中，前端盖［11］及后端盖［12］的侧面均有8个出风口［13］，前、后端盖外端面近轴承处设有4个扇形的管状进风道［14］，在端盖内面，4个风道的外侧连成一个完整的圆筒形管壁［15］，圆筒形管壁的高度能保证其端面［16］与转子风叶［17］之间有一较小的距离，且保证圆筒形管壁的外缘（［15］与［16］ 的交界圆）与绕组［18］之间有足够的绝缘间距。如此结构可取得甚佳的通风散热效果。

本实用新型电机与现有技术相比所具有的优点及积极效果；与国内、外同类产品相比，其体积小、重量轻、有效材料节约量至少可达15～25％；同时本新型电机的性能指标较全面，可满足波轮式洗衣机及脱水机的使用要求，而且温升指标裕量较大，社会需要量最大的120瓦洗衣机电机及25～45瓦脱水机电机的效率高于一般设计电机的3％～8％。

Claims (5)

1、一种用于波轮式洗衣机及脱水机的单相电容运转异步电动机，具有方圆外形异形槽定子冲片和正弦分布绕组，其特征是在功率为25～250瓦范围内，选取高气隙磁密为0.68～0.76特斯拉，并在开启式端盖上开有导风的管状进风道。

2、根据权利要求1所说的电动机，其特征是在功率为25～250瓦范围内，选取高气隙磁密为0.68～0.76特斯拉。

3、根据权利要求1和2所说的电动机，其特征是正弦绕组大小两个线圈组嵌入异形槽定子铁心时，两相绕组分别置于内外两层，置于内层相的四个大圈按跨距为5槽单层置入小槽。线圈组中心线在方圆铁心的圆弧中部，置于外层相的四个大圈，按跨距为5槽单层置入槽内，线圈组中心线在方园铁心的直线段中部。

4、根据权利要求1和2所说的电动机，其特征是正弦绕组大小两个线圈组嵌入异形槽定子铁心时，两相绕组分别置于内外两层，置于外层相的四个大圈，按跨距为5槽单层置入小槽，线圈组中心线在方圆铁心的圆弧中部，置于内层相的四个大圈按跨距为5槽单层置入槽内，线圈组中心线在方圆铁心的直线段中部。

5、根据权利要求1和2所说的电动机，其特征是方圆外形异形槽定子冲片24槽均布，齿宽4.2±0.2，以齿为对称中心在四圆弧段各置4个、共置16个大槽，位于四直线段各置2个共置8个小槽。

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