目前,洗衣機(jī)選用的電機(jī)基本有以下幾種:單相交流異步電機(jī)、單相串勵(lì)電機(jī)、永磁式無(wú)刷直流電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。這是按電機(jī)的自身結(jié)構(gòu)與工作方式分的;如果按電機(jī)與負(fù)載的連接方式分,則可分為間接驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)。直接驅(qū)動(dòng),即電機(jī)的輸出軸直接與負(fù)載相聯(lián),省去了中間的傳動(dòng)鏈絨傳動(dòng)副,這是一種既筒沽又先進(jìn)的傳動(dòng)方式。執(zhí)行這種驅(qū)動(dòng)方式的電機(jī)即是直接驅(qū)動(dòng)電機(jī),筒稱(chēng):直驅(qū)電機(jī)。按英文的字頭又叫DD電機(jī)。
下邊對(duì)上述四種電機(jī)的基本特性以及能否用作洗衣機(jī)的直驅(qū)電機(jī)做一下介紹。
1、單相交流異步電機(jī),是目前洗衣機(jī)普遍采用的電機(jī),原因很筒單,因?yàn)樗脑怼?gòu)造大家已經(jīng)非常了解,制作工藝已很成熟,而且,應(yīng)用在洗衣機(jī)上已有幾十年歷史了。但由于這種電機(jī)是恒速運(yùn)轉(zhuǎn),工作時(shí)通過(guò)皮帶傳動(dòng)及減速離合器完成速度、力矩的轉(zhuǎn)換,再分別完成洗衣機(jī)的洗滌、脫水動(dòng)作。普通的滾筒洗衣機(jī)沒(méi)有減速離合器,只有一級(jí)皮帶作為減速兼?zhèn)鲃?dòng)。它在洗滌、脫水時(shí)的不同轉(zhuǎn)速是由電機(jī)的不同極對(duì)數(shù)繞組來(lái)完成的。繞組多采用2極/l2極或2極/l6極。這樣可以使洗滌轉(zhuǎn)速大約在40-60r/min,脫水轉(zhuǎn)速大約在400-600r/min。當(dāng)人們想進(jìn)一步提高脫水轉(zhuǎn)速時(shí),也大多選用改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率來(lái)改變電機(jī)繞組電壓,達(dá)到脫水轉(zhuǎn)速可調(diào)的目的。可是這種方法存在,調(diào)速范圍小、穩(wěn)定性差等不足。
由單相交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī),其弱點(diǎn)或不足之處逐漸被人們所看清:
(1)洗衣機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工作效率低、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定,啟動(dòng)電流大、故障率比較高、控制精度低;
(2)在結(jié)構(gòu)設(shè)置上,洗衣機(jī)的電機(jī)軸與滾筒的幾何中心軸不可能同軸(需要皮帶減速),處于偏置狀態(tài),而正是這種“偏置”適成了洗衣機(jī)在工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng),難以平衡的問(wèn)題。所以,迫使我們不得不增加培植,以抑制整機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)載噪音;
(3)電機(jī)的固有結(jié)構(gòu)及外特性決定了這種電機(jī)的單位體積功率偏小、起動(dòng)力矩偏弱、過(guò)載能力不足、可控性較差;同時(shí)它實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)比較困難。難以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最佳化;因此說(shuō),單相交流電機(jī)的固有結(jié)構(gòu)及性能已在某種程度上制約了洗衣機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展,如難以實(shí)現(xiàn)多種洗滌轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)、電機(jī)及洗衣機(jī)多種自我保護(hù)功能、頻曦啟動(dòng)等,所以亟需開(kāi)發(fā)出一種適于洗衣機(jī)工作的新型電機(jī)。
2、單相串勵(lì)電機(jī)的引入,起源于歐美等生產(chǎn)廠(chǎng)家。歐美地區(qū)住房寬裕,人們一般將洗衣機(jī)安放在離臥室較遠(yuǎn)的地方。不太在乎噪音,而更關(guān)心的是脫水轉(zhuǎn)速。單相串勵(lì)電機(jī)正好可以滿(mǎn)足這方面的要求,這種電機(jī)一般由電刷換向器、勵(lì)磁繞組和電樞繞組串接而成,定子由定子鐵心和勵(lì)磁繞組等部件組成,轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組和換向器組成;由于勵(lì)磁繞組與電樞繞組是串接的,通電后電樞電流與勵(lì)磁磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電磁力矩就可以帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。單相串勵(lì)電機(jī)轉(zhuǎn)速高、體積小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,經(jīng)常用在電鉆等電動(dòng)工具上。將這種電機(jī)裝配在洗衣機(jī)上,洗滌或脫水時(shí)只需通過(guò)調(diào)整電壓就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整,并且,調(diào)節(jié)范圍也比較寬。在國(guó)外有的滾筒洗衣機(jī)裝配了這種電機(jī)其脫水轉(zhuǎn)速可達(dá)達(dá)1000r/min以上。但它也有明顯不足的地方:最明顯的就是工作時(shí)噪聲突出,尤其是轉(zhuǎn)速越高,噪聲越大,這也是由于這種電機(jī)的自身結(jié)構(gòu)所決定的。
除此以外,由于這種電機(jī)采用的是機(jī)械式換向。因此,電磁干擾在所難免,被電刷短接元件中的電流急劇變化和產(chǎn)生的火花,會(huì)產(chǎn)生非常的電磁干擾,在高速脫水時(shí)尤為明顯;電刷與換向器摩擦攝耗也會(huì)影響電機(jī)的壽命?;诖耍@種電機(jī)要實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)也比較困難。
3、開(kāi)關(guān)磁組電機(jī),英文為Switched Reluctance,它的構(gòu)造比較特殊:定子的凸極是由硅鋼片疊加而成,在凸極上繞有昧中繞組。把徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)就構(gòu)成一個(gè)兩極磁極。叫做“一相”;轉(zhuǎn)子的凸極也是由硅鋼片疊加而成。沒(méi)有永磁材料,目前應(yīng)用比較多的是四相結(jié)構(gòu)(8/6磁對(duì)數(shù))。這種電機(jī)遵循“磁阻最小原理”,即磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合,而具有一定形狀的鐵心總要移動(dòng)到最小磁阻位處;當(dāng)我們對(duì)定子某一相繞組勵(lì)磁時(shí),產(chǎn)生的磁場(chǎng)就會(huì)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子極軸線(xiàn)與定子極軸線(xiàn)重合的位置上;如果依次給定子繞組通電,就會(huì)使轉(zhuǎn)子根據(jù)勵(lì)磁的順序方向不同而旋轉(zhuǎn)。但這種電機(jī)必須與控制器一同使用,形成一套對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)。這一電機(jī)系統(tǒng)近年來(lái)發(fā)展較快,尤其是在歐、美等國(guó)家。
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在洗衣機(jī)上的應(yīng)用,也主要基于以下兩個(gè)方面的考慮:
(1)由于結(jié)構(gòu)的相對(duì)筒單,且又是間接驅(qū)動(dòng)方式。(指勵(lì)磁線(xiàn)圈對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子,不需電刷換向)。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性可以比擬現(xiàn)有的異步電機(jī)絨單相串勵(lì)電機(jī);
(2)可用于對(duì)負(fù)載的直接驅(qū)動(dòng)。但這種電機(jī)的結(jié)構(gòu)也有其不足之處,這就是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。雖然增加相數(shù)可能會(huì)減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),但是會(huì)帶來(lái)控制復(fù)雜、成本增加等新的問(wèn)題,這就造成工作時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的噪音比較大,因此,不利于洗衣機(jī)的靜音化。雖然可以通過(guò)優(yōu)化控制技術(shù)以及完善電機(jī)的制造技術(shù)加以改善。但這一完善過(guò)程需要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間,工藝驗(yàn)證和經(jīng)驗(yàn)積累。
4、永磁無(wú)刷直流電機(jī)比較而言技術(shù)相對(duì)成熱。這種電機(jī)一般由電機(jī)本體、驅(qū)動(dòng)電路、位置傳感器三部分組成,電機(jī)不配驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)難以單獨(dú)工作。這種電機(jī)的本體與普通電機(jī)相似,但用于產(chǎn)生勵(lì)磁磁通的轉(zhuǎn)子構(gòu)成存在較大的區(qū)別:它是由固定在磁極上的永久磁鐵與用作磁通上路徑的磁軛組成,沒(méi)有勵(lì)磁繞組。因此,這種電機(jī)最明顯的優(yōu)點(diǎn)就是無(wú)勵(lì)磁損耗,效率高。驅(qū)動(dòng)電路一般是由功率羅輯開(kāi)關(guān)單元和位,傳感器信號(hào)處理單元組成;前者作為控制電路的核心,其功能是將電源的功率按照一定的邏輯關(guān)系分配給定子上的各相繞組。使其產(chǎn)生的磁場(chǎng),與轉(zhuǎn)動(dòng)中轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在空間始終保持一定的關(guān)系,以便能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng);后者即位置傳感器信號(hào)處理單元負(fù)責(zé)將采集到的信號(hào)進(jìn)行分析處理,然后提供給功率邏輯開(kāi)關(guān)單元去控制繞組的通電與斷電,進(jìn)而控制了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。