節省材料的洗衣機用電機的製作方法

2023-07-07 02:01:36 1

專利名稱:節省材料的洗衣機用電機的製作方法
本發明屬單相電容運轉異步電動機，是用於各種波輪式洗衣機及脫水機的電機。在一般鼠籠式單相電容運轉異步電機設計計算理論基礎上，近年來研究洗衣機用電機如何滿足家用波輪式洗衣機及脫水機使用要求及同時能節省材料的途徑之一是採用異形槽洗衣機電機的設計(參見《家用電器科技》，1984年第4期;《分馬力電機》，1984年第2期)，已有技術的不足之處在於對該類電機未能突破一般設計指導性文件推薦的磁負荷及電流密度的約束，自然也沒有解決由此而引起的噪聲及振動增加、定轉子齒部及軛部磁路飽和、效率下降、溫升增高等問題的方案。
本發明的任務在於提供整個系列的洗衣機用電機，使其在滿足波輪式洗衣機及脫水機使用要求，具有良好性能指標的前提下，能有效地節約大量電磁材料。
家用電器工業的迅速發展，促成每年生產大量該類電機，消耗數以萬噸計的矽鋼片及銅線，故降低其材料成本意義重大。現有技術採用異形槽定子衝片後，定子軛部磁路得以改善，對於功率為25～250瓦的洗衣機電機而言，為保證其具有接近低噪聲的水平，氣隙磁密一般仍拘於設計指導性文件介紹的限值範圍，即2P＝2時，氣隙磁密Bδ＝0.4～0.65T;2P＝4時，Bδ＝0.3～0.6T，未能有較多的突破，材料節省也有限。本發明致力於大幅度節約原材料。為完成本發明任務而提出的解決方案包括提高氣隙磁密，超過公知的限值而不致使噪聲、振動的增加影響該類電機的使用;合理設計定子衝片的齒槽尺寸，選取高氣隙磁密時仍使定子齒部及軛部磁路具有合理的飽和程度;通過改善電機通風結構提高散熱效果來解決因鐵心縮短、磁密增高、線徑變細引起的電流密度增大造成的電磁損耗增加、溫升增高的問題。
方案內容如下
1.氣隙磁密選取範圍提高到0.68～0.76特斯拉。本新型電機敢於提高該類電機氣隙磁密有如下四條依據。
(1)考慮洗衣機對電機噪聲和振動的要求，可提高氣隙磁密。有充分的數據說明，洗衣機電機噪聲控制在55分貝以下，能使洗衣機廠相當滿意。實踐證明，本新型選取高氣隙磁密的洗衣機用電機噪聲屬滿意水平。當然，電機製造過程中的加工精度、裝配質量、軸承質量等應同時得到保證。
本發明新型電機選取高氣隙磁密對電機振速及其對洗衣機使用的影響經實驗驗證的結論是
A、電機徑向振速主要決定於動不平衡造成的25HZ的振動，若動平衡良好，則100HZ的振動最突出，其次400～630HZ的振動較大。氣隙磁密增大使400～630HZ徑向振動增強，但它不起決定性的作用，未造成總的振速增加。
B、切向振動主要決定於橢園磁場造成的100HZ振動，本發明新型電機與改型前的電機相比，振速相差無幾，由於新型電機慣量低，可見其振動力矩比改型前的電機小。
C、電機振動對洗衣機的影響主要是切向100HZ的振動，徑向振速僅是切向振速的 1/8 ～ 1/11 ，而且氣隙密在影響徑向振動的因素中並不是唯一的因素，因而氣隙磁密的增加，不會影響電機的使用。電機400HZ的振動對洗衣機的影響較小。
(2)改進電機的磁路設計，使用異形槽定子衝片，齒槽尺寸安排合理，充分利用磁性材料可以限制由於提高氣隙磁密後定子軛部及定子齒部磁路的飽和程度。
(3)從節約能源的要求出發，國家限制生產矽鋼片D22，禁止生產矽鋼片D21，導磁材料磁性能的提高出現了節能系列電機。洗衣機電機採用D22以上的矽鋼片可以改善磁路飽和程度，因而洗衣機電機改進設計(包括提高氣隙磁密)自成一個新系列也是完全可以做到的。
(4)改進定子衝片磁路後，軛寬增加，定子鐵心的剛性增加，從而使其固有頻率大大提高，在較低極對數的低頻力波作用下，鐵心變形減小，振動減小。一般高次力波幅值較小，振動可忽略不計。而高頻的低極對數力波可能接近固有頻率而使振動增加。但高頻力波的幅值不大且洗衣機本身的固有振動頻率很低，因而氣隙磁密增加後，不致使電機的振動與噪聲增加，更不會使洗衣機的噪聲增加。
2.設計合理的異形槽定子衝片內、外徑，齒槽數和齒槽形狀、尺寸定子衝片的設計對電機性能起主導作用，它又是氣隙磁密能否提高的關鍵因素之一。本發明新型電機設計的定子衝片外形尺寸，排料合理，便於最大限度地利用1米×2米的整張矽鋼片。根據正弦分布繞組及方園形鐵心的特點，本新型電機設計的定子衝片如圖1、圖2所示。該兩衝片的共同特徵在於對衝片異形槽尺寸的合理安排，圖1與圖2中的大、小槽槽形分別相同，採用兩圖均可實現本新型電機的效果。兩圖的區別在於圖1和16個同形大槽及8個同形小槽，而圖2則有16個同形小槽和8個同形大槽。從軛部磁路的寬度來看，兩圖中位於直線部位的小槽(如第1、2槽)對改善軛部磁路飽和程度的效果非常明顯，位於園弧部位的8個槽(如第4、5槽)對應的軛部本來就不飽和，圖2採用小槽，使磁路加寬後的效果甚少。圖1中第4、5等槽取大槽可使得該衝片的8槽具有較低的槽滿率，以改善工藝性。用圖2則無此效果。
3.在異形槽定子鐵心上巧布繞組採用正弦分布繞組可獲得較大的基波繞組係數及較小的諧波繞組係數，對於改善性能、降低噪音、節約銅線均有作用，利用正弦繞組在各槽中導體數不同這一特徵可給定子衝片採用異形槽提供必要條件。為利於洗衣機正、反轉線路的換接，本新型電機主、付相繞組設計為完全對稱。下面提供兩種不同的繞組安排及嵌線方式並闡明其特點。見圖3、圖4。兩圖中所用的定子鐵心均用圖1所示的定子衝片疊壓而成。(亦可用圖2所示的定子衝片疊壓鐵心)圖3與圖4的共同點是8個嵌有單層繞組的小槽槽滿率與8個嵌有雙層繞組的大槽槽滿率一致，另8個大槽只嵌有單層繞組槽滿率較低;按兩圖嵌線，特徵在於圖3的外層相與圖4的內層相繞組軸線位置同處在鐵心直線段中部，其工藝性無大差別，但由於軸線位置不同兩相磁路的飽和程度及漏磁的大小有所不同。按圖3，空載時定子兩相空載阻抗比較不對稱，但繞組端部排列整齊;按圖4，空載時定子兩相空載阻抗較為對稱，兩繞組端部整齊程度稍次。由於空載阻抗的少許差別對額定運行的性能影響甚微，故兩圖均可採用。
4.改進端蓋結構，巧置風路一般同類型鑄鋁鼠籠轉子兩端均帶有風葉，電機安裝在洗衣機上時，軸伸端裝有小皮帶輪，其下方一般都帶有風葉，對電機起通風冷卻作用，因而有的同類電機轉子在軸伸端一側無風葉。轉子上的風葉在封閉式電機中起攪拌空氣的作用，在開啟式電機中其散熱效果很差。通常洗衣機電機取開啟式，為使風葉起到較強的通風散熱作用，可以把端蓋的結構加以改進。圖5是改進前的端蓋結構和風路示意圖，圖6是改進後的。改進前轉子風葉旋轉造成的氣壓差只能使風葉附近的空氣產生局部循環和紊流。改進後的端蓋設有導風的管狀進風道，風道外壁阻止了空氣的「短路」途徑，迫使空氣形成定向的氣流通過繞組端部，將熱量從出風口帶走。
本新型系列電機轉子兩端均鑄有風葉，前後兩個端蓋均置進風道和出風口並形成通道，風冷效果明顯，電機溫升大大降低。這就為提高電磁負荷及繞組電流密度創造了條件，並且該電機允許在不帶外風扇的條件下正常工作，此時繞組溫升仍遠低於相應絕緣等級規定的允許值。本新型系列電機中，脫水機電機為短時工作制;加之因疊壓鐵心很短而對轉子斜槽漏抗及疊片工藝性的考慮，氣隙磁密及電流密度設計得相對較低，故允許採用一般結構型式的端蓋及一端(或兩端)無風葉的轉子。
實現上述四項解決方案，可以設計出波輪式洗衣機及脫水機所需要的25～250瓦範圍內的各種功率等級的電機。採用前述兩種定子衝片圖配以前述兩種正弦繞組排列圖對於選取高氣隙磁密同時解決電機由此而產生的噪聲及振動的增加、鐵損增加、力能指標下降、效率降低等問題起了決定性的作用;加之採用上述改進的端蓋結構對解決電機的溫升問題起了充分地保證作用。整個系列電機的特點在於性能好、省材料，同時具有良好的工藝性，槽滿率適宜大批量生產，詳見表1。新型電機的性能、材料數據見表2。
新型電機節省材料及槽滿率情況
與現有一般產品的對比 表1


本發明新型電機的性能、經濟性數據
表2

＊注3900克·釐米 即為0.38牛·米;
6400克·釐米 即為0.63牛·米。
實現本發明新型系列電機無須特殊條件。凡具有中小型電機、微電機基本生產手段和工藝水平的普通企業均可大批生產。本新型系列電機各功率等級採用同一尺寸的定、轉子衝片，可選用各種軸承(包括含油軸承或滾珠軸承)及端蓋材料(鑄造鋁合金或鋼板)，本新型電機的120瓦電機已經過內部批量生產驗證，具備完整的試驗報告及大量分析對比數據。對於25～45、90、180、250瓦電機均有用大批量生產手段製造的樣機及其測試數據。
實現本發明新型電機的最佳方案以製造本發明新型電機中的120瓦洗衣機電機為例。採用圖1的定子衝片，圖3的繞組排列方式，圖6所示意的端蓋結構。電機的結構如圖7。圖1的定子衝片外形尺寸外徑D1為φ117±2，方形邊距B為(107±2)，內徑Di1為φ67±2;24槽均布，齒寬bt1為4.2±0.2;大槽槽底連接園直徑Dz1為φ94.5±1，大槽為梨形槽，槽底園直徑dd1為φ7±2，槽口園直徑do1為φ5.2±0.2;小槽槽底連接園直徑Dz2為φ83±1，小槽槽口園直徑do2為φ5.2±0.2，小槽槽底為兩園弧角的園底槽，兩園弧直徑dd2為φ4±1，該兩園中心距bo2為1.6±1。以上正負號後的數字不表示公差而是尺寸範圍。本例衝片實際尺寸是上述尺寸範圍內的某一尺寸。鐵心長度由一般設計的40毫米減為32毫米，矽鋼片用料減為一般設計的80%;定子線圈用QZ-2聚漆包線，線徑減小，按氣隙磁密Bδ＝0.72T計算確定匝數，用銅量相應減少。圖7中，前端蓋11及後端蓋12的側面均有8個出風口13，前、後端蓋外端面近軸承室處設有4個扇形的管狀進風道14，在端蓋內面，4個風道的外側連成一個完整的園筒形管壁15，園筒形管壁的高度能保證其端面16與轉子風葉17之間有較小的距離，且保證園筒形管壁的外緣(15與16的交界園)與繞組18之間有足夠的絕緣間距。如此結構可取得甚佳的通風散熱效果。
本發明新型電機與現有技術相比所具有的優點及積極效果;與國內、外同類產品相比，其體積小、重量輕、有效材料節約量至少可達15～25%;同時本新型電機的性能指標較全面，可滿足波輪式洗衣機及脫水機的使用要求，而且溫升指標裕量較大。社會需要量最大的120瓦洗衣機電機及25～45瓦脫水機電機的效率高於一般設計電機的3%～8%。
權利要求
1、一種用于波輪式洗衣機及脫水機的單相電容運轉異步電動機，具有方園外形異形槽定子衝片和正弦分佈繞組，其特徵是設計時選取高氣隙磁密及高電流密度並在開啟式端蓋上開有導風的管狀進風道。
2、根據權利要求
1所說的電動機，其特徵是在功率為25～250瓦範圍內，選取高氣隙磁密為0.68～0.76特斯拉，電流密度為6.5～10安/毫米2。
3、根據權利要求
1和2所說的電動機，其特徵是正弦繞組大小兩個線圈組嵌入異形槽定子鐵心時，兩相繞組分別置於內外兩層，置於內層相的四個大圈按跨距為5槽單層置入小槽，線圈組中心線在方園鐵心的園弧中部，置於外層相的四個大圈，按跨距為5槽單層置入槽內，線圈組中心線在方園鐵心的直線段中部。
4、根據權利要求
1和2所說的電動機，其特徵是正弦繞組大小兩個線圈組嵌入異形槽定子鐵心時，兩相繞組分別置於內外兩層，置於外層相的四個大圈，按跨距為5槽單層置入小槽，線圈組中心線在方園鐵心的園弧中部，置於內層相的四個大圈按跨距為5槽單層置入槽內，線圈組中心線在方園鐵心的直線段中部。
5、根據權利要求
1和2所說的電動機，其特徵是方園外形異形槽定子衝片24槽均佈，齒寬4.2±0.2，以齒為對稱中心在四園弧段各置4個、共置16個大槽，位於四直線段各置2個共置8個小槽。
6、根據權利要求
1和2所說的電動機，其特徵是方園外形異形槽定子衝片24槽均佈，齒寬4.2±0.2，在四園弧段及四直線段中部以齒為對稱中心各置2個、共16個小槽，其餘位置各置1個、共置8個大槽。
7、根據權利要求
5或6所說的電動機，其特徵是異形槽定子衝片外徑為φ117±2，方形邊距(107±2)×(107±2)，內徑為φ67±2，大槽槽底連接園直徑為φ94.5±1，大槽為梨形槽，大槽槽底園直徑為φ7±2，大槽槽口園直徑為φ5.2±0.2，小槽槽底連接園直徑為φ83±1，小槽槽口園直徑為φ5.2±0.2，小槽槽底為兩園弧角的園底槽，兩園弧直徑為φ4±1，該兩園中心距為1.6±1。
8、根據權利要求
1所說的電動機，其特徵在於開啟式端蓋導風的管狀進風道設置在近軸承室處，所說的管狀進風道截面呈扇形，各扇形管延伸到端蓋內面的通風管道外側連成一個完整的園筒形管壁，管壁有足夠的高度使其端面與轉子風葉間有一較小的距離，同時與繞組端部有足夠的絕緣距離。
專利摘要
本發明屬單相電容運轉異步電動機，用於各種波輪式洗衣機及脫水機，綜合採用異形槽定子衝片，正弦分布繞組等現有技術，設計有導風的管狀進風道端蓋，電磁設計選取高氣隙磁密和電流密度，縮短鐵心長、減少導線用量，達到在滿足上述洗衣機及脫水機使用要求的前提下仍能大幅度節約材料之目的。
文檔編號H02K9/00GK85102499SQ85102499
公開日1986年10月8日 申請日期1985年4月1日
發明者劉明傑 申請人:國營成都電機廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan