随着科学技术的发展,尤其是功率电子元件及微处理器等的发展,为洗衣机和其他家用电器的性能提高、能耗降低提供了途径。最早的洗衣机是人工驱动的搅拌式,后来采用机械驱动,成为现代洗衣机。并且由于各地生活习惯的不同而派生出主要的三大系列:一是亚洲使用的波轮式,其电机使用最多的是单相电容运转异步电机及间接和直接驱动直流永磁无刷电机。其次是欧洲国家使用的滚筒式洗衣机,其驱动电机主要是单相电容运转双绕组双,双速异步电机、单相串激电机及新近开发的开关磁阻电机和直流永磁无刷电机(有直接驱动和间接驱动两种)。搅拌式洗衣机主要在大洋洲和美洲使用,其驱动电机主要由单相电容运转异步电机及直接驱动直流永磁无刷电机。本文将分别对各种电机的性能和特点作一个介绍。 一、单相电容运转异步电机(单速)
单相电容运转异步电机(单速)的绕组是由两个在空间上相差90度电角度的主相绕组和副相绕组组成,转子是鼠笼绕组,由电容分相运行。优点是结构简单、成本低且具有较好的启动和运行性能、控制简单,缺点是效率低、调速性差、无法适应洗衣机的需要。 洗衣机用单相电容运转异步电机按功能分为:专用于洗涤的洗涤电机、单用于脱水的脱水电机和用于全自动洗衣机的洗涤-脱水电机。由于不同的用途,还分为双向运行及单向运行电机。洗涤衣物时为提高洗涤效果及防止衣物缠绕,要求波轮双向运转工作,故而用于洗涤的洗涤电机和洗涤-脱水电机都是双向运转电机,其主、副绕组是一样的(也有为特别要求而作微调的)。而脱水电机是单向运行电机,因主、副绕组为取得运行时的圆形磁场而不一致,也就不能双向工作。 单相电容运转异步电机现在按结构还可分为传统金属支撑结构及塑封支撑结构。塑封支撑结构以树脂材料作为电机的骨架、支撑及绝缘,其突出的优点一是噪音低。由于其支撑构件与电机铁心绕组注塑成一紧密整体结构,而树脂材料有吸收振动及隔振作用,所以电机的噪音及装上洗衣机后整机的噪音都下降很多,一般在5dB以上。二是结构件本身是绝缘体,其绝缘厚度远超传统结构电机,故而安全性能非常突出,由此就有第三个优点,即不用像传统结构电机那样,在带电与不带电构件之间留出足够大的安全间隙(国标要求大于3毫米),这样电机的结构尺寸缩小,节省空间及降低重量。该电机的缺点是工艺及工艺装备较复杂,树脂材料成本也高。 二、单相电容运转双速异步电机 目前,此种电机在滚筒式洗衣机上应用得最多。其运行原理与单速单相电容运转异步电机一样。为配合滚筒式洗衣机的洗涤及脱水转速的不同,采用双速设计。它在电机定子上布置有两套不同极数的绕组。采用鼠笼型转子,可以自动适应两套定子绕组。由于此种电机的低速时极数较多、速度较低,考虑到满足低速时的转矩及此时电机的温升、效率,所以电机的体积较大。此种电机结构较简单、寿命长,但造价较单速单相电容运转异步电机要高。 三、串激电机 这是一种双边绕下线电机,定子是集中绕组,转子是分布绕组,并且在转子上布置有整流子和炭刷系统,绕组端头分别接到整流子上相互绝缘的换向片上,并由压在整流子上的炭刷与外电路相连。同时此种电机的转速一般都较高,空载转速更高,为保证安全,电机转子的构件刚性、整体性要好,同时要做好严格的动平衡,否则电机的振动和噪声将非常大。 串激电机的负载特性较好,属于恒功率特性,体积适中,调速方便,使洗衣机的控制变得很灵活,而且可以得到很高的脱水转速,以适应某些国家的要求。 这种电机的缺点是有整流子、炭刷系统,运行噪音较高;并且炭刷处会产生换向火花,对电子设备产生电磁干扰;对传动皮带要求也较高;相对其他类型电机来说寿命较短;制造难度和成本较高四、直流永磁无刷电机这种电机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似,转子采用永磁体制作,但是不需要任何辅助启动装置。定子绕组一般制成三相,也有制成更多相的,如四相、五相等,但随着相数的增加,电子开关线路的复杂性、成本及控制难度都增加。电动机本体按结构来说有一般型式与盘式,内转子式及外转子式。在电机的直径没有特别要求时,洗衣机用直流永磁无刷电机一般都设计成盘式,在相同体积时可以提高电动机的输出转矩。同时也具有定子直径大可以布置较多的极,以便于取得最合适的定转子极配合的好处。亦可得到较大的绕组布置空间以协调电机的性能。外转子电动机在取得力能指标/材料比方面可以做得相当不错,但抑制齿槽磁阻转矩及噪音方面目前还没有做得很好。采用这类电动机的洗衣机生产厂家有东芝、LG等。内转子电动机在抑制齿槽磁阻转矩及噪音方面可以做得很好,但在取得力能指标/材料比方面略逊。采用这类电动机的厂家有荣事达等。这种电机从负载的驱动方式上分为直接驱动和间接驱动型,而采用间接驱动的有松下等。电机采用磁钢分为铁氧体永磁、稀土永磁;以及按磁钢制备方法分为的烧结永磁、粘接永磁及注塑永磁体。
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