外轉子風機的升級換代

張德貞

(蘇州電訊電機廠有限公司，江蘇蘇州 215002)

0 引 言

近幾年，外轉子風機發展迅速，市場競爭日趨激烈，為了提高產品的競爭力，產品需要不斷升級換代，以滿足顧客的需求。外轉子風機的升級改造正是在這樣的背景下，通過進一步優化設計，實現了半自動定子繞嵌技術，提高了產品的一致性，減少了加工過程中的人為因素，從而使產品質量更穩定，產品在市場上更具競爭力。

1 外轉子風機的結構形式與種類

1.1 結構形式

外轉子風機的結構形式主要是由外轉子電機與風葉(或葉輪)等組成。傳統的電動機是定子在外，轉子旋轉產生動力;而外轉子電機是與之相反的結構，轉子在定子外部，這樣就便于將風葉(葉輪)通過壓入、焊接等方式直接安裝在轉子外圓上，因此具有體積小、重量輕、結構緊湊、安裝維修方便等特點［1］。

1.2 種類

風機是我國對氣體壓縮和氣體輸送機械的簡稱。按氣體流動的方向，分為軸流風機和離心風機二大類。

1.2.1 軸流風機

軸流風機是產生與風葉的軸同方向的氣流，也就是氣體平行于風機軸流動。它的電機和風葉都在圓筒里，外形就是一個筒形，用于局部通風(若沒有圓筒，一般稱為排風扇)，軸流風機通常用在流量要求較高而壓力要求較低的場合。外轉子軸流風機的風葉(葉輪)又分為整體壓入式與單片風葉焊接等形式。

1.2.2 離心風機

離心風機是產生與風葉的軸向成垂直方向的氣流。也就是氣體垂直于風機軸流動。它分為有蝸殼和無蝸殼二種結構，且按照葉片的彎曲形狀，又可分為前彎式、后彎式和貫流式三種形式的離心風機。

2 外轉子風機設計要點

(1)適合大批量自動化生產，應盡可能節省原材料，降低成本。

(2)風機性能要優于傳統的風機。

(3)風機在設計結構時，要盡可能采用先進的加工工藝。

(4)風機要具有良好的互換性。

3 外轉子風機的設計、工藝與結構改進

3.1 定、轉子沖片和鐵心設計、結構與加工工藝改進

升級換代的風機在定轉子沖片設計時，為適應大批量生產，采用冷軋硅鋼片，利用高速沖床沖制帶鈕扣的定、轉子沖片。沖床將卷帶狀的硅鋼片送入沖床內通過模具加工，產出已自動疊壓好的定、轉子鐵心，整個過程一次完成，且定、轉子鐵心疊厚由沖床加工程序控制;轉子鐵心的斜槽也由沖床程序控制。沖床上安裝的模具要求采用較高的級進模，定、轉子鐵心的垂直度要求、同心度要求由沖床及模具保證。該結構的設計與該工藝的實施省卻了定、轉子鐵心由單一的沖片沖制，再經過理片、定子疊壓、鉚接，轉子沖片焊接等加工工藝，改變了生產效率低、精度低、人為因素多等缺點。

3.2 定子鐵心進行注塑加工工藝

由于定子鐵心的加工采用了先進的加工工藝，使其具有垂直度、同軸度較高的特性，因此，可將定子鐵心作為嵌件對其采用注塑加工工藝。即對定子鐵心通過注塑以取代以往定子嵌線時要在定子鐵心的槽內放置槽絕緣，在定子端部要放齒壓板等傳統加工方法來解決定子的絕緣。但對定子進行注塑的模具要求極高，該注塑模必須保證定子每個槽內注塑的絕緣層厚度均等，且厚度要求為0.8 mm，公差不大于±0.05 mm，若厚度增加，槽滿率下降，厚度減小，則影響絕緣性能，易擊穿。因此定子注塑模的加工及其模具光潔度要求極高，槽內脫模斜度為零，以便于提高導線在槽內的槽滿率。

3.3 定子半自動繞嵌工藝

由于定子可以采用一次注塑成型，且光潔度又高，四周有略帶圓角的設計，為采用半自動繞嵌實現大規模生產創造了條件。以往傳統的定子加工方法是采用人工繞制線圈，然后逐槽嵌入，現在可以將注塑鐵心通過工裝安裝在繞線機上進行半自動繞嵌。以前從一個定子鐵心加工成定子須經過繞制線圈－線圈用扎線固定－裁制槽絕緣－在定子槽內放槽絕緣－逐槽嵌入線圈－對線圈端部進行綁扎等工序，須耗時約60 min。現在在半自動繞線機的工裝上放入定子鐵心，繞制只需約5～6 min即可，而且減少了人為因素，產品質量一致性好。另外，采用半自動繞嵌工藝即采用機器直接將漆包線繞在定子鐵心上，省略了人工嵌線跨槽困難而放長的端部漆包線，且繞組在繞制時機器對漆包線產生一定的拉力，這樣繞制好的定子繞組端部便大大縮小，漆包線的使用量也相應降低，從而節省了原材料。一般，一臺采用半自動繞嵌的定子所使用的漆包線會比采用手工嵌線所使用的漆包線節省25% ～40%［2］。

3.4 軸承室的設計改進

以往的外轉子電機的定子固定在其內部的定子機座上，定子機座既可作為風機底座，又可作為風機的軸承室，它的兩個軸承室均在定子機座上。軸承室外圓部分穿過定子鐵心內孔，其安裝的軸承與轉子軸連接，如圖1所示。因此軸承外徑決定了定子機座內圓的外徑，同時也決定了定子沖片的內孔大小，也就是定子沖片內孔不能太小。而半自動繞嵌定子雖然也是安裝在定子基座上，但是其軸承并不都在機座上，其中一只被設計在注塑鐵心上，如圖2所示。因此壓入定子鐵心部分的機座的外圓外徑就不受軸承外徑的限制，只要考慮其強度符合設計要求就可以縮小機座外圓外徑，這給定子的軛部增加了面積，使定子軛部磁密下降，改善了電機的性能。

圖1 一般外轉子電機定子裝配圖

圖2 半自動繞嵌的外轉子電機裝配圖

3.5 定、轉子沖片槽數設計改進

要實現半自動繞嵌，需要對以往的風機定子槽數進行重新設計。以往，手工嵌線的定子為了方便單相、三相、二極、四極電機通用，定子沖片被設計成24槽;轉子沖片設計成30槽。而采用半自動繞嵌的風機在定子槽數設計時，充分考慮定子在繞制線圈時，漆包線需便于進入槽內，24槽嵌線設計方案已不能用于半自動繞嵌。必須對定子沖片的槽數進行重新設計，目前，已設計出適合單相電源的二極電機的定子沖片。該定子沖片根據單相、二極的特性，定子沖片的槽數為16槽，主、副繞組各占8個槽，且符合主、副相相差90°的電角度原則［3］。

3.6 風機出線方式的設計

半自動繞嵌電機的出線方式也與以往不同。手工繞嵌的，引出線可采用直接與繞組的端頭連接并用扎線將引出線固定在繞組端部，這種方法不僅生產效率低，而且產品的通用程度也低。引出線在定子繞嵌時就要焊好、扎牢。且一旦安裝好引出線，電機的轉向也就確定，不能更改。半自動繞嵌的，定子端部不需綁扎，電機出線方式采用了印刷接線板，該接線板可直接固定在注塑的定子鐵心上，而且接線板的材料采用了玻璃敷銅板，繞組的四個出線頭，直接焊在接線板的固定位置上。整機安裝時，根據所裝電機的轉向要求，采用相應的接線并頭方式，如圖3所示，這樣電機正轉、反轉均可通用同一定子，便于生產，且節約了管理成本。

圖3 風機出線接線圖

4 結 語

外轉子風機通過升級換代及優化設計，其產品的原材料成本得到降低。通過加工工藝的改進，使其生產加工成本降低，并且外轉子電機在升級換代設計中，充分考慮了電機的系列化、通用化設計，該系列電機采用相同的定、轉子沖片;其定、轉子鐵心疊厚則根據負載要求分別設計制造出17 mm、25 mm、32 mm、38 mm、和42 mm五種規格。根據該五種規格，已經設計與生產數十種各類型的外轉子風機供應市場。采用高速沖床沖制定、轉子沖片及鐵心的加工適合了大批量生產的要求。同樣在風機的繞組設計時，要求該規格電機不僅適用軸流風機，同時也適用于離心風機，從而使產品的零、部件的加工也更加適合大批量規模生產，降低了管理成本，提高了產品零件的互換，提高了生產效率和產品的市場競爭力。

［1］潛曙華，馮仲德，張波，等.一種改進的外轉子風機:中國專利，CN 201739202U［P］.2011 －02 －09.

［2］王宗培.微電機原理［M］.北京:科學出版社，1983.

［3］陳世坤.電機設計［M］.北京:機械工業出版社，1983.