滾筒洗衣機(jī)用直驅(qū)式無(wú)刷直流電機(jī)性價(jià)比分析
李勇，陳影，史慶夫，劉彥彬，陸永平
(哈爾濱工業(yè)人學(xué)，黑龍江哈爾濱150001)
摘要： 隨著生活水平的提高，低噪音的無(wú)刷直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在高檔家電中的應(yīng)用越來(lái)越多。文章基于無(wú)刷直流電機(jī)本身的特點(diǎn)，分析了在高檔滾筒洗衣機(jī)中應(yīng)用的無(wú)刷直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求。針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和性價(jià)比分析，最后給出了****方案。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；IPM；直接驅(qū)動(dòng)：滾筒洗衣機(jī)
0引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，以洗衣機(jī)、電冰箱等為主的家電已經(jīng)成為各家庭的基本生活用品�，F(xiàn)在，人們對(duì)家電的節(jié)能和環(huán)保化趨勢(shì)的要求也越來(lái)越迫切，性能優(yōu)異、節(jié)能環(huán)保的綠色家電越來(lái)越受青睞。作為綠色家電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主力，無(wú)刷直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正朝著多功能、高效節(jié)能和環(huán)保化等方面發(fā)展。
直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)，即DD洗衣機(jī)(Direct Driving)在運(yùn)行過(guò)程不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低速大力矩驅(qū)動(dòng)和高速輕載驅(qū)動(dòng)，還能自動(dòng)完成洗滌與脫水狀態(tài)的切換。結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的直接驅(qū)動(dòng)式滾筒洗衣機(jī)，因?yàn)樗谙礈旌兔撍臅r(shí)候滾筒都在旋轉(zhuǎn)，因而不存在采用離合器的問(wèn)題。但這種洗衣機(jī)主要是偏置負(fù)載，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求較高。與傳統(tǒng)洗農(nóng)機(jī)用電機(jī)相比，無(wú)刷直流電機(jī)采用永磁體建立勵(lì)磁磁場(chǎng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)速性能好，低噪音，效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著永磁材料性能的提高和價(jià)格的降低，使得采用無(wú)刷直流電機(jī)作為滾筒洗衣機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有廣泛的發(fā)展前景。
本文根據(jù)同一設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)了五種類型的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。使用ANSOFT軟件研究五種電機(jī)的磁場(chǎng)分布規(guī)律，通過(guò)對(duì)它們的磁場(chǎng)特性、主要參數(shù)、材料、成本、性價(jià)比進(jìn)行了對(duì)比分析，最后得出了個(gè)****方案，即采用內(nèi)轉(zhuǎn)子IPM切向式鐵氧體磁鋼方案的電機(jī)具有****的性能價(jià)格比，這種設(shè)計(jì)它在高檔全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)該具有廣泛的應(yīng)用前景。
1滾筒洗衣機(jī)對(duì)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求
按照結(jié)構(gòu)，洗衣機(jī)可以分為波輪式、攪拌式和滾筒式三大類。過(guò)去幾十年中，在國(guó)內(nèi)，波輪洗衣機(jī)占的份額最多，也******國(guó)人的使用習(xí)慣，但在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，滾筒式由于對(duì)衣物的損傷最小，是********的。近年來(lái)，國(guó)外陸續(xù)推出了很多規(guī)格的高檔全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)，采用低噪音無(wú)刷直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，****的價(jià)格在人民幣1萬(wàn)元以上，不但可以設(shè)定各種工作模式，還可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)衣物的干燥和熨平，對(duì)使用者確實(shí)極為便利。
滾筒洗衣機(jī)由于其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的特殊性，對(duì)直驅(qū)系統(tǒng)的要求和波輪系統(tǒng)也有所不同，主要體現(xiàn)在：
(1)滾筒洗衣機(jī)沒(méi)有波輪洗衣機(jī)中的減速離合器，所以更適合于采用直接驅(qū)動(dòng)方式。
(2)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能要求更高，調(diào)速比更大。波輪洗農(nóng)機(jī)的洗滌／脫水典型速度是160／800 r／min,而滾筒洗衣機(jī)對(duì)應(yīng)的是50／1100 r／min，帶有干衣功能的則會(huì)更高，在1200r／min以上。
(3)低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩裕度要大。由于滾筒是水平放置的，洗滌時(shí)含水的衣服會(huì)隨著滾筒的滾動(dòng)形成偏載，衣物還會(huì)從滾筒頂部摔下形成沖擊負(fù)載，這就要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要有足夠的轉(zhuǎn)矩。
(4)驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝配形式比較靈活。由于滾筒本身有比較穩(wěn)定的軸系，所以電機(jī)采用內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、組裝式、分裝式都可以，不像波輪洗衣機(jī)，只有分裝式比較適合。
(5)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格稍高些對(duì)整機(jī)影響不大，岡為與波輪式洗農(nóng)機(jī)相比，滾筒洗衣機(jī)本身就是高端消費(fèi)品。
由上述分析可見(jiàn)，在滾筒洗衣機(jī)中采用低噪音高性能的無(wú)刷直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是最適合的。目前國(guó)外已經(jīng)有多款成熟產(chǎn)品，日本韓國(guó)公司的最多，如夏普、東芝、LG等。幾種應(yīng)用于洗衣機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電機(jī)如圖l～3所示。
2直驅(qū)式無(wú)刷直流電機(jī)的磁場(chǎng)特點(diǎn)
按照繞組中的電流波形，無(wú)刷直流電機(jī)可以分為方波電流驅(qū)動(dòng)方式和正弦波電流驅(qū)動(dòng)方式，后者又叫做交流永磁同步電機(jī)。采用正弦波驅(qū)動(dòng)時(shí)，繞組的反電勢(shì)波形一定是正弦的，因此電機(jī)的定位力矩會(huì)較小。采用正弦波驅(qū)動(dòng)后，電機(jī)的力矩波動(dòng)電會(huì)很小，電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低。因此正弦波驅(qū)動(dòng)方式的交流永磁同步電機(jī)更適宜于在高檔白色家電中使用。
按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，無(wú)刷直流電機(jī)分為內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子兩種。如果轉(zhuǎn)速較低轉(zhuǎn)矩較大，那么外轉(zhuǎn)子方式比較適合。對(duì)于高 |
