本實(shí)用新型屬單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)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(jì)計(jì)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(shí)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(jì)（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(duì)該類電機(jī)未能突破一般設(shè)計(jì)指導(dǎo)性文件推薦的磁負(fù)荷及電流密度的約束，自然也不會(huì)提出解決由此而引起的噪聲及振動(dòng)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。

本實(shí)用新型的任務(wù)在于提供整個(gè)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(jì)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(duì)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(jì)指導(dǎo)性文件介紹的限值范圍，即2P＝2時(shí)，氣隙磁密Bδ＝0.4～0.65T；2P＝4時(shí)，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。為完成本新型任務(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(dòng)的增加影響該類電機(jī)的使用；合理設(shè)計(jì)定子沖片的齒槽尺寸，選取高氣隙磁密時(shí)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(duì)電機(jī)噪聲和振動(dòng)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(shí)踐證明，本實(shí)用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(shí)得到保證。

本實(shí)用新型電機(jī)選取高氣隙磁密對(duì)電機(jī)振速及其對(duì)洗衣機(jī)使用的影響經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)論是：

A、電機(jī)徑向振速主要決定于動(dòng)不平衡造成的25HZ的振動(dòng)，若動(dòng)平衡良好，則100HZ的振動(dòng)最突出，其次400～630HZ的振動(dòng)較大，氣隙磁密增大使400～630HZ徑向振動(dòng)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(dòng)主要決定于橢圓磁場(chǎng)造成的100HZ振動(dòng)，本實(shí)用新型電機(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(dòng)力矩比改型前的電機(jī)小。

C、電機(jī)振動(dòng)對(duì)洗衣機(jī)的影響主要是切向100HZ的振動(dòng)，徑向振速僅是切向振速的1/8～1/11，而且氣隙磁密在影響徑向振動(dòng)的因素中并不是唯一的因素，因而氣隙磁密的增加，不會(huì)影響電機(jī)的使用。電機(jī)400HZ的振動(dòng)對(duì)洗衣機(jī)的影響較小。

②改進(jìn)電機(jī)的磁路設(shè)計(jì)，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(jì)（包括提高氣隙磁密）自成一個(gè)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(duì)數(shù)的低頻力波作用下，鐵心變形減小，振動(dòng)減小。一般高次力波幅值較小，振動(dòng)可忽略不計(jì)。而高頻的低極對(duì)數(shù)力波可能接近固有頻率而使振動(dòng)增加。但高頻力波的幅值不大且洗衣機(jī)本身的固有振動(dòng)頻率很低，因而氣隙磁密增加后，不致使電機(jī)的振動(dòng)與噪聲增加，更不會(huì)使洗衣機(jī)的噪聲增加。

2、設(shè)計(jì)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(jì)對(duì)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。本實(shí)用新型電機(jī)設(shè)計(jì)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)正弦分布繞組及方圓形鐵心的特點(diǎn)，本新型電機(jī)設(shè)計(jì)的定子沖片如圖1、圖2所示。該兩沖片的共同特征在于對(duì)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(shí)現(xiàn)本新型電機(jī)的效果。兩圖的區(qū)別在于圖1有16個(gè)同形大槽及8個(gè)同形小槽，而圖2則有16個(gè)同形小槽和8個(gè)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(duì)改善軛部磁路飽和程度的效果非常明顯；位于圓弧部位的8個(gè)槽（如第4、5槽）對(duì)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(duì)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、副相繞組設(shè)計(jì)為完全對(duì)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(gè)嵌有單層繞組的小槽槽滿率與8個(gè)嵌有雙層繞組的大槽槽滿率一致，另8個(gè)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(shí)定子兩相空載阻抗比較不對(duì)稱，但繞組端部排列整齊；按圖4，空載時(shí)定子兩相空載阻抗較為對(duì)稱，而繞組端部整齊程度稍次。由于空載阻抗的少許差別對(duì)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(shí)，軸伸端裝有小皮帶輪，其下方一般都帶有風(fēng)葉，對(duì)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［21］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［22］，改進(jìn)后的端蓋設(shè)有導(dǎo)風(fēng)的管狀進(jìn)風(fēng)道［25］，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［23］通過繞組端部，將熱量從出風(fēng)口［24］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(gè)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，因此該電機(jī)允許在不帶外風(fēng)扇的條件下正常工作，此時(shí)繞組溫升仍遠(yuǎn)低于相應(yīng)絕緣等級(jí)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(shí)工作制；加之因疊壓鐵心很短而對(duì)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(jì)得相對(duì)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(shí)現(xiàn)上述四項(xiàng)解決方案，可以設(shè)計(jì)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(jí)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(duì)于選取高氣隙磁密同時(shí)解決電機(jī)由此而產(chǎn)生的噪聲及振動(dòng)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(duì)解決電機(jī)的溫升問題起了充分地保證作用。整個(gè)系列電機(jī)的特點(diǎn)在于性能好、省材料，同時(shí)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(duì)比表1

本實(shí)用新型電機(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?！っ住?/p>

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型系列電機(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(jí)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(yàn)證，具備完整的試驗(yàn)報(bào)告及大量分析對(duì)比數(shù)據(jù)。對(duì)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(cè)試數(shù)據(jù)。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型電機(jī)的最佳方案：以制造本實(shí)用新型電機(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所示。圖1的定子沖片外形尺寸為外徑φ117±2，方形邊距（107±2）×（107±2），內(nèi)徑為67±2，24槽均布，齒寬4.2±0.2；大槽槽底連接圓直徑為φ94.5±1，大槽為梨形槽，槽底圓直徑為φ7±2，槽口圓直徑為φ5.2±0.2，小槽槽底連接圓直徑為φ83±1小槽槽口圓直徑為φ5.2±0.2，小槽槽底為兩圓弧角的圓底槽，兩圓弧直徑為φ4±1，該兩圓中心距為1.6±1。本例沖片實(shí)際尺寸是上述尺寸范圍內(nèi)的某一尺寸。鐵心長(zhǎng)度由一般設(shè)計(jì)的40毫米減為32毫米，硅鋼片用料減為一般設(shè)計(jì)的80％；定子線圈用QZ－2聚脂漆包線，線徑減小，按氣隙磁密Bδ＝0.72T計(jì)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(gè)出風(fēng)口［13］，前、后端蓋外端面近軸承處設(shè)有4個(gè)扇形的管狀進(jìn)風(fēng)道［14］，在端蓋內(nèi)面，4個(gè)風(fēng)道的外側(cè)連成一個(gè)完整的圓筒形管壁［15］，圓筒形管壁的高度能保證其端面［16］與轉(zhuǎn)子風(fēng)葉［17］之間有一較小的距離，且保證圓筒形管壁的外緣（［15］與［16］的交界圓）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。

本實(shí)用新型電機(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(shí)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(huì)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(jì)電機(jī)的3％～8％。