變頻家電用永磁無刷直流電動機的新結(jié)構(gòu)新工藝

王慶凱 劉軍 夏立德 孫超

摘要：隨著社會的不斷發(fā)展，人們的生活水平得到了大幅度的提升，對于家電的生產(chǎn)要求也不斷提高?，F(xiàn)階段變頻家電在生產(chǎn)過程中，采用永磁無刷直流電動機，能夠直接影響變頻家電的整體性能，所以對于永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)和材料進行研究，具有重要意義。本文通過對永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝等方面進行分析，幫助提升變頻家電的生產(chǎn)品質(zhì)，促使電動機的技術(shù)得到進一步發(fā)展，被應(yīng)用在更加廣闊的技術(shù)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：變頻家電生產(chǎn);永磁無刷直流電動機;結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言：

近年來，激烈的市場競爭局勢下，讓家用電器消費市場產(chǎn)生了不斷變革，家電正處于重要的轉(zhuǎn)型階段。自從1917年國外出現(xiàn)的有刷直流電動機，開啟了電動機在生活中應(yīng)用的新時代，電動機的技術(shù)就在不斷的發(fā)展和變革。在1955年有美國首次提出了無刷直流電機的生產(chǎn)技術(shù)理念，對后來的電子技術(shù)的發(fā)展起到了重要的基礎(chǔ)作用。而我國的永磁無刷直流電動機的研發(fā)還處于對新技術(shù)的發(fā)展階段，正在經(jīng)歷由過去比較常見的交流變頻電器，變?yōu)槟壳按笫苁袌鰵g迎的直流變頻電器的生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)變。這樣的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)形成了一種明顯的市場趨勢。也就是說將過去的家電生產(chǎn)中所運用到的技術(shù)手段進行了改革和優(yōu)化，朝著更加智能化方向前進。例如以空調(diào)、冰箱、洗衣機為代表的日常家用電器的使用上，就能夠明顯看出采用了直流變頻電動機，能夠更具優(yōu)勢性能，不僅能夠節(jié)約能源，產(chǎn)生較高的工作效率，還能夠降低噪音，讓家用電器在使用過程中更具舒適性等優(yōu)勢特點。所以本文針對電動機進行研究，分析永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料優(yōu)化，能夠帶來什么樣的改變，幫助家電生產(chǎn)行業(yè)提供建議和改進策略，促進行業(yè)的進一步優(yōu)化和發(fā)展。

1、多種不同的電動機結(jié)構(gòu)

在家電生產(chǎn)過程中，直流電動機包括了鐵氧體永磁和稀土永磁不同中俄李的電動機結(jié)構(gòu)，其中SPM是較為普及的永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，在很多家用電器中，都得到了應(yīng)用。包括在空調(diào)的加工中，使用的就是變頻壓縮機，而這種構(gòu)造的初期就設(shè)有四極轉(zhuǎn)子，由于在電動機工作時，轉(zhuǎn)子會由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，所以在住宅上特別設(shè)置了不銹鋼套管，幫助降低和減緩離心力帶來的損耗問題。雖然能夠針對性的解決問題，但是安裝了這一套管，也增加了一些其他的干擾因素，例如工作過程中使電機的氣隙增大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加，以及讓電動機的損耗加大，工作效率降低。帶來了一些列的不良影響，所以在分析研究過程中，還要進一步解決這些問題，幫助提升電動機的整體性能。

對于電動機的研究力度逐漸加大，國內(nèi)外都投入了大量的精力，日本的相關(guān)專家和學(xué)者就此提出了一些觀點，在家用電器的生產(chǎn)過程中，對永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進行探究，篩選出了能夠有效提升電動機工作效率的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

例如對日本三菱、松下、東芝等幾個品牌的空調(diào)進行拆卸，了解到變頻空調(diào)壓縮機中的構(gòu)造，主要進行分析。

三菱品牌的電動機中采用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是有八個永磁體構(gòu)成，所以被稱為8V結(jié)構(gòu)。主要表現(xiàn)為一下幾方面特征：（1）針對鐵心的自身特性，相比于傳統(tǒng)的加工模式，采用8V結(jié)構(gòu)，可以有效降低損耗情況。（2）采用8V結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以減少漏磁現(xiàn)象，達到了電動機所需的剛度與強度。也有效地改善了轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，讓電動機的運行更加的安全和平穩(wěn)。（3）采用8V結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以增強氣隙的磁密度，讓機構(gòu)更具聚磁效果。（4）采用這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可以充分的發(fā)揮出它的自身優(yōu)勢，讓磁阻轉(zhuǎn)矩合成更多的轉(zhuǎn)矩，從而提升電動機的整體性能。經(jīng)過分析可得，IPM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電動機具有更高的使用性能，同時可以產(chǎn)生更高的工作效率。

對于日本東芝和大金品牌進行分析，可以發(fā)現(xiàn)它們采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計也是嵌入式永磁轉(zhuǎn)子，這兩個品牌的生產(chǎn)技術(shù)更具工藝性，能夠在新技術(shù)的應(yīng)用下，獲得較高的工作效率，直接說明了直流變頻的優(yōu)勢特點，相比于過去家用電器中所采用的交流變頻技術(shù)，這樣的新技術(shù)具有更加高效節(jié)能的特點。

2、分數(shù)槽技術(shù)設(shè)計應(yīng)用

隨著家用電器的生產(chǎn)技術(shù)不斷提升，分數(shù)槽技術(shù)也被廣泛的應(yīng)用在家電的制造上。以變頻洗衣機為例進行分析，它所采用的就是分數(shù)槽的技術(shù)。包括日本東芝品牌的多個系列洗衣機型號，都是采用了這種全新的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，讓分數(shù)槽技術(shù)在家電中應(yīng)用后，有效地提升了洗衣機的能效。并凸顯出了以下幾方面技術(shù)優(yōu)勢。（1）分數(shù)槽技術(shù)在無刷直流電動機中，能夠讓槽滿率得到較大幅度的提升，促使電動機的整體使用性能得到增強。而這一技術(shù)只需使用較少的零部件，所以在生產(chǎn)和制造過程中，具有更加便捷和簡單的特點。零部件的減少，也讓產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低，更有利于廠商實現(xiàn)更高的經(jīng)濟效益。（2）采用分數(shù)槽技術(shù)，能夠提高繞組的短距和長距，讓電動機的繞組系數(shù)發(fā)生變化。（3）新技術(shù)的應(yīng)用，可以在線圈節(jié)距上得以顯現(xiàn)，減少材料的用量，起到節(jié)約成本的作用。（4）使用專用的機械設(shè)備，讓新技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)生產(chǎn)工藝，能夠使電動機的工作效率得到顯著的提高。（5）通過新技術(shù)的應(yīng)用，對多項操作流程進行了優(yōu)化，促使電動機的整個運作流程更加先進，得到整體的性能提高。（6）采用全新的加工技術(shù)，可以對電動機工作時的震動減少，有利于減輕噪音問題。綜上所述，對于分數(shù)槽技術(shù)的實際應(yīng)用，可以有效地起到對于電動機的使用性能調(diào)節(jié)的作用，讓電動機經(jīng)過輕量化的設(shè)計，使用改良后的結(jié)構(gòu)，減少生產(chǎn)材料、降低加工成本，讓電動機的性能得到大幅度的提升，從而提高電動機的市場競爭力。

3、采用新結(jié)構(gòu)新工藝對電動機的影響

在對永磁無刷直流電動機進行研究時，發(fā)現(xiàn)采用全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計和新工藝進行生產(chǎn)，可以利用分數(shù)槽設(shè)計，讓轉(zhuǎn)子提供更加高效節(jié)能的運行模式。由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)存在著差異性，所以對于外轉(zhuǎn)子的工作情況和內(nèi)轉(zhuǎn)子的工作情況，需要針對性的提出解決方式。例如，以日本松下電器品牌為例，對電動機進行研究，可以發(fā)現(xiàn)這一品牌推出的變頻家電產(chǎn)品，在定子鐵心結(jié)構(gòu)上采用了創(chuàng)新型的優(yōu)化設(shè)計，可以將定子鐵心劃分為12個組成部分，根據(jù)實際的需要分割，讓鐵心在運行中，相比于傳統(tǒng)的鐵心更具性能優(yōu)勢。經(jīng)過這樣的技術(shù)分割，讓電動機的電路板實現(xiàn)了自動化的管理，能夠在加工生產(chǎn)時減少材料的使用，還可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，有效地提高廠商的經(jīng)濟效益。此外，對于技術(shù)改良后的電動機性能來說，也得到了較大的提升。經(jīng)過技術(shù)測試，得出改良后的滿槽率，相比于沒有改良前的技術(shù)加工要提升了1.5倍水平。再配合對于其它零部件的調(diào)整，可以實現(xiàn)在原基礎(chǔ)上的工作效率上升9%，不僅可以節(jié)約材料成本，還能夠有效解決噪聲問題。

通過一系列的研究可以發(fā)現(xiàn)，采用分割型新結(jié)構(gòu)和新工藝，能夠?qū)τ来艧o刷直流電動機產(chǎn)生重要的影響，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還可以顯著的節(jié)約成本，能夠?qū)崿F(xiàn)機械生產(chǎn)的自動化。隨之日本多家家用電器的生產(chǎn)廠商，都對生產(chǎn)技術(shù)進行的革新，并且?guī)恿苏麄€產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。而我國在永磁無刷直流電動機的研究中，也在持續(xù)發(fā)力，不斷投入研發(fā)精力，讓電動機的結(jié)構(gòu)和材料得到不斷的優(yōu)化，從而實現(xiàn)電動機的整體性能大幅度提升，并且實現(xiàn)變頻家電生產(chǎn)的技術(shù)跨越。

4、結(jié)束語

永磁無刷直流電動機是基于傳統(tǒng)技術(shù)發(fā)展而來，想要提升電動機的實際性能，就需要針對電動機內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和材料進行深入研究，對此，國內(nèi)外眾多專家和學(xué)者展開了研究，在原有基礎(chǔ)上，經(jīng)過技術(shù)的不斷優(yōu)化和升級，對內(nèi)部轉(zhuǎn)子和定子的構(gòu)成和材料展開了多次試驗分析，得出改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠顯著的提升電動機整體性能。未來的發(fā)展趨勢，也是朝著更加智能化、自動化的前進方向。信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，也可以有效地利用到電動機的生產(chǎn)加工過程中，讓家用電器的生產(chǎn)不僅節(jié)約成本，還能夠更具性能優(yōu)勢，同時兼具多種技術(shù)特點，朝著智能化方向持續(xù)穩(wěn)定的健康發(fā)展。本文通過對永磁無刷直流電動機新工藝和新結(jié)構(gòu)進行研究，對電動機的性能進行了探究，希望可以幫助永磁無刷直流電動機的生產(chǎn)和研發(fā)貢獻出一份力量。

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