專利名稱:節(jié)省材料的洗衣機(jī)用電機(jī)的制作方法
本發(fā)明屬單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)，是用于各種波輪式洗衣機(jī)及脫水機(jī)的電機(jī)。在一般鼠籠式單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)設(shè)計計算理論基礎(chǔ)上，近年來研究洗衣機(jī)用電機(jī)如何滿足家用波輪式洗衣機(jī)及脫水機(jī)使用要求及同時能節(jié)省材料的途徑之一是采用異形槽洗衣機(jī)電機(jī)的設(shè)計(參見《家用電器科技》，1984年第4期;《分馬力電機(jī)》，1984年第2期)，已有技術(shù)的不足之處在于對該類電機(jī)未能突破一般設(shè)計指導(dǎo)性文件推薦的磁負(fù)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(zhuǎn)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(fā)明的任務(wù)在于提供整個系列的洗衣機(jī)用電機(jī)，使其在滿足波輪式洗衣機(jī)及脫水機(jī)使用要求，具有良好性能指標(biāo)的前提下，能有效地節(jié)約大量電磁材料。
家用電器工業(yè)的迅速發(fā)展，促成每年生產(chǎn)大量該類電機(jī)，消耗數(shù)以萬噸計的硅鋼片及銅線，故降低其材料成本意義重大?，F(xiàn)有技術(shù)采用異形槽定子沖片后，定子軛部磁路得以改善，對于功率為25～250瓦的洗衣機(jī)電機(jī)而言，為保證其具有接近低噪聲的水平，氣隙磁密一般仍拘于設(shè)計指導(dǎo)性文件介紹的限值范圍，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(jié)省也有限。本發(fā)明致力于大幅度節(jié)約原材料。為完成本發(fā)明任務(wù)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(jī)的使用;合理設(shè)計定子沖片的齒槽尺寸，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(jī)通風(fēng)結(jié)構(gòu)提高散熱效果來解決因鐵心縮短、磁密增高、線徑變細(xì)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(nèi)容如下
1.氣隙磁密選取范圍提高到0.68～0.76特斯拉。本新型電機(jī)敢于提高該類電機(jī)氣隙磁密有如下四條依據(jù)。
(1)考慮洗衣機(jī)對電機(jī)噪聲和振動的要求，可提高氣隙磁密。有充分的數(shù)據(jù)說明，洗衣機(jī)電機(jī)噪聲控制在55分貝以下，能使洗衣機(jī)廠相當(dāng)滿意。實踐證明，本新型選取高氣隙磁密的洗衣機(jī)用電機(jī)噪聲屬滿意水平。當(dāng)然，電機(jī)制造過程中的加工精度、裝配質(zhì)量、軸承質(zhì)量等應(yīng)同時得到保證。
本發(fā)明新型電機(jī)選取高氣隙磁密對電機(jī)振速及其對洗衣機(jī)使用的影響經(jīng)實驗驗證的結(jié)論是
A、電機(jī)徑向振速主要決定于動不平衡造成的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(qiáng)，但它不起決定性的作用，未造成總的振速增加。
B、切向振動主要決定于橢園磁場造成的100HZ振動，本發(fā)明新型電機(jī)與改型前的電機(jī)相比，振速相差無幾，由于新型電機(jī)慣量低，可見其振動力矩比改型前的電機(jī)小。
C、電機(jī)振動對洗衣機(jī)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并不是唯一的因素，因而氣隙磁密的增加，不會影響電機(jī)的使用。電機(jī)400HZ的振動對洗衣機(jī)的影響較小。
(2)改進(jìn)電機(jī)的磁路設(shè)計，使用異形槽定子沖片，齒槽尺寸安排合理，充分利用磁性材料可以限制由于提高氣隙磁密后定子軛部及定子齒部磁路的飽和程度。
(3)從節(jié)約能源的要求出發(fā)，國家限制生產(chǎn)硅鋼片D22，禁止生產(chǎn)硅鋼片D21，導(dǎo)磁材料磁性能的提高出現(xiàn)了節(jié)能系列電機(jī)。洗衣機(jī)電機(jī)采用D22以上的硅鋼片可以改善磁路飽和程度，因而洗衣機(jī)電機(jī)改進(jìn)設(shè)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(jìn)定子沖片磁路后，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(shù)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(shù)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(jī)本身的固有振動頻率很低，因而氣隙磁密增加后，不致使電機(jī)的振動與噪聲增加，更不會使洗衣機(jī)的噪聲增加。
2.設(shè)計合理的異形槽定子沖片內(nèi)、外徑，齒槽數(shù)和齒槽形狀、尺寸定子沖片的設(shè)計對電機(jī)性能起主導(dǎo)作用，它又是氣隙磁密能否提高的關(guān)鍵因素之一。本發(fā)明新型電機(jī)設(shè)計的定子沖片外形尺寸，排料合理，便于最大限度地利用1米×2米的整張硅鋼片。根據(jù)正弦分布繞組及方園形鐵心的特點(diǎn)，本新型電機(jī)設(shè)計的定子沖片如圖1、圖2所示。該兩沖片的共同特征在于對沖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，采用兩圖均可實現(xiàn)本新型電機(jī)的效果。兩圖的區(qū)別在于圖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，兩圖中位于直線部位的小槽(如第1、2槽)對改善軛部磁路飽和程度的效果非常明顯，位于園弧部位的8個槽(如第4、5槽)對應(yīng)的軛部本來就不飽和，圖2采用小槽，使磁路加寬后的效果甚少。圖1中第4、5等槽取大槽可使得該沖片的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采用正弦分布繞組可獲得較大的基波繞組系數(shù)及較小的諧波繞組系數(shù)，對于改善性能、降低噪音、節(jié)約銅線均有作用，利用正弦繞組在各槽中導(dǎo)體數(shù)不同這一特征可給定子沖片采用異形槽提供必要條件。為利于洗衣機(jī)正、反轉(zhuǎn)線路的換接，本新型電機(jī)主、付相繞組設(shè)計為完全對稱。下面提供兩種不同的繞組安排及嵌線方式并闡明其特點(diǎn)。見圖3、圖4。兩圖中所用的定子鐵心均用圖1所示的定子沖片疊壓而成。(亦可用圖2所示的定子沖片疊壓鐵心)圖3與圖4的共同點(diǎn)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，特征在于圖3的外層相與圖4的內(nèi)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，但由于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。由于空載阻抗的少許差別對額定運(yùn)行的性能影響甚微，故兩圖均可采用。
4.改進(jìn)端蓋結(jié)構(gòu)，巧置風(fēng)路一般同類型鑄鋁鼠籠轉(zhuǎn)子兩端均帶有風(fēng)葉，電機(jī)安裝在洗衣機(jī)上時，軸伸端裝有小皮帶輪，其下方一般都帶有風(fēng)葉，對電機(jī)起通風(fēng)冷卻作用，因而有的同類電機(jī)轉(zhuǎn)子在軸伸端一側(cè)無風(fēng)葉。轉(zhuǎn)子上的風(fēng)葉在封閉式電機(jī)中起攪拌空氣的作用，在開啟式電機(jī)中其散熱效果很差。通常洗衣機(jī)電機(jī)取開啟式，為使風(fēng)葉起到較強(qiáng)的通風(fēng)散熱作用，可以把端蓋的結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)。圖5是改進(jìn)前的端蓋結(jié)構(gòu)和風(fēng)路示意圖，圖6是改進(jìn)后的。改進(jìn)前轉(zhuǎn)子風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)造成的氣壓差只能使風(fēng)葉附近的空氣產(chǎn)生局部循環(huán)和紊流。改進(jìn)后的端蓋設(shè)有導(dǎo)風(fēng)的管狀進(jìn)風(fēng)道，風(fēng)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(fēng)口帶走。
本新型系列電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端均鑄有風(fēng)葉，前后兩個端蓋均置進(jìn)風(fēng)道和出風(fēng)口并形成通道，風(fēng)冷效果明顯，電機(jī)溫升大大降低。這就為提高電磁負(fù)荷及繞組電流密度創(chuàng)造了條件，并且該電機(jī)允許在不帶外風(fēng)扇的條件下正常工作，此時繞組溫升仍遠(yuǎn)低于相應(yīng)絕緣等級規(guī)定的允許值。本新型系列電機(jī)中，脫水機(jī)電機(jī)為短時工作制;加之因疊壓鐵心很短而對轉(zhuǎn)子斜槽漏抗及疊片工藝性的考慮，氣隙磁密及電流密度設(shè)計得相對較低，故允許采用一般結(jié)構(gòu)型式的端蓋及一端(或兩端)無風(fēng)葉的轉(zhuǎn)子。
實現(xiàn)上述四項解決方案，可以設(shè)計出波輪式洗衣機(jī)及脫水機(jī)所需要的25～250瓦范圍內(nèi)的各種功率等級的電機(jī)。采用前述兩種定子沖片圖配以前述兩種正弦繞組排列圖對于選取高氣隙磁密同時解決電機(jī)由此而產(chǎn)生的噪聲及振動的增加、鐵損增加、力能指標(biāo)下降、效率降低等問題起了決定性的作用;加之采用上述改進(jìn)的端蓋結(jié)構(gòu)對解決電機(jī)的溫升問題起了充分地保證作用。整個系列電機(jī)的特點(diǎn)在于性能好、省材料，同時具有良好的工藝性，槽滿率適宜大批量生產(chǎn)，詳見表1。新型電機(jī)的性能、材料數(shù)據(jù)見表2。
新型電機(jī)節(jié)省材料及槽滿率情況
與現(xiàn)有一般產(chǎn)品的對比 表1


本發(fā)明新型電機(jī)的性能、經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)
表2

＊注3900克·厘米 即為0.38?！っ?
6400克·厘米 即為0.63?！っ?。
實現(xiàn)本發(fā)明新型系列電機(jī)無須特殊條件。凡具有中小型電機(jī)、微電機(jī)基本生產(chǎn)手段和工藝水平的普通企業(yè)均可大批生產(chǎn)。本新型系列電機(jī)各功率等級采用同一尺寸的定、轉(zhuǎn)子沖片，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(jī)的120瓦電機(jī)已經(jīng)過內(nèi)部批量生產(chǎn)驗證，具備完整的試驗報告及大量分析對比數(shù)據(jù)。對于25～45、90、180、250瓦電機(jī)均有用大批量生產(chǎn)手段制造的樣機(jī)及其測試數(shù)據(jù)。
實現(xiàn)本發(fā)明新型電機(jī)的最佳方案以制造本發(fā)明新型電機(jī)中的120瓦洗衣機(jī)電機(jī)為例。采用圖1的定子沖片，圖3的繞組排列方式，圖6所示意的端蓋結(jié)構(gòu)。電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖7。圖1的定子沖片外形尺寸外徑D1為φ117±2，方形邊距B為(107±2)，內(nèi)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(fù)號后的數(shù)字不表示公差而是尺寸范圍。本例沖片實際尺寸是上述尺寸范圍內(nèi)的某一尺寸。鐵心長度由一般設(shè)計的40毫米減為32毫米，硅鋼片用料減為一般設(shè)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(shù)，用銅量相應(yīng)減少。圖7中，前端蓋11及后端蓋12的側(cè)面均有8個出風(fēng)口13，前、后端蓋外端面近軸承室處設(shè)有4個扇形的管狀進(jìn)風(fēng)道14，在端蓋內(nèi)面，4個風(fēng)道的外側(cè)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(zhuǎn)子風(fēng)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(jié)構(gòu)可取得甚佳的通風(fēng)散熱效果。
本發(fā)明新型電機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)及積極效果;與國內(nèi)、外同類產(chǎn)品相比，其體積小、重量輕、有效材料節(jié)約量至少可達(dá)15～25%;同時本新型電機(jī)的性能指標(biāo)較全面，可滿足波輪式洗衣機(jī)及脫水機(jī)的使用要求，而且溫升指標(biāo)裕量較大。社會需要量最大的120瓦洗衣機(jī)電機(jī)及25～45瓦脫水機(jī)電機(jī)的效率高于一般設(shè)計電機(jī)的3%～8%。
權(quán)利要求
1、一種用于波輪式洗衣機(jī)及脫水機(jī)的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)，具有方園外形異形槽定子沖片和正弦分佈繞組，其特征是設(shè)計時選取高氣隙磁密及高電流密度并在開啟式端蓋上開有導(dǎo)風(fēng)的管狀進(jìn)風(fēng)道。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所說的電動機(jī)，其特征是在功率為25～250瓦范圍內(nèi)，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(jù)權(quán)利要求
1和2所說的電動機(jī)，其特征是正弦繞組大小兩個線圈組嵌入異形槽定子鐵心時，兩相繞組分別置于內(nèi)外兩層，置于內(nèi)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，置于外層相的四個大圈，按跨距為5槽單層置入槽內(nèi)，線圈組中心線在方園鐵心的直線段中部。
4、根據(jù)權(quán)利要求
1和2所說的電動機(jī)，其特征是正弦繞組大小兩個線圈組嵌入異形槽定子鐵心時，兩相繞組分別置于內(nèi)外兩層，置于外層相的四個大圈，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，置于內(nèi)層相的四個大圈按跨距為5槽單層置入槽內(nèi)，線圈組中心線在方園鐵心的直線段中部。
5、根據(jù)權(quán)利要求
1和2所說的電動機(jī)，其特征是方園外形異形槽定子沖片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，位于四直線段各置2個共置8個小槽。
6、根據(jù)權(quán)利要求
1和2所說的電動機(jī)，其特征是方園外形異形槽定子沖片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，其余位置各置1個、共置8個大槽。
7、根據(jù)權(quán)利要求
5或6所說的電動機(jī)，其特征是異形槽定子沖片外徑為φ117±2，方形邊距(107±2)×(107±2)，內(nèi)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(jù)權(quán)利要求
1所說的電動機(jī)，其特征在于開啟式端蓋導(dǎo)風(fēng)的管狀進(jìn)風(fēng)道設(shè)置在近軸承室處，所說的管狀進(jìn)風(fēng)道截面呈扇形，各扇形管延伸到端蓋內(nèi)面的通風(fēng)管道外側(cè)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(zhuǎn)子風(fēng)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(fā)明屬單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)，用于各種波輪式洗衣機(jī)及脫水機(jī)，綜合采用異形槽定子沖片，正弦分布繞組等現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計有導(dǎo)風(fēng)的管狀進(jìn)風(fēng)道端蓋，電磁設(shè)計選取高氣隙磁密和電流密度，縮短鐵心長、減少導(dǎo)線用量，達(dá)到在滿足上述洗衣機(jī)及脫水機(jī)使用要求的前提下仍能大幅度節(jié)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(fā)明者劉明杰 申請人:國營成都電機(jī)廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan