滾筒洗衣機用直驅式無刷直流電機性價比分析

    李勇，陳影，史慶夫，劉彥彬，陸永平

    (哈爾濱工業人學，黑龍江哈爾濱150001)

    摘要：  隨著生活水平的提高，低噪音的無刷直流電機直接驅動系統在高檔家電中的應用越來越多。文章基于無刷直流電機本身的特點，分析了在高檔滾筒洗衣機中應用的無刷直流電機直接驅動系統的特點和要求。針對不同的結構進行了磁場設計和性價比分析，最后給出了****方案。

    關鍵詞：無刷直流電機；IPM；直接驅動：滾筒洗衣機

  0引言

    隨著我國經濟社會的發展和人民生活水平的提高，以洗衣機、電冰箱等為主的家電已經成為各家庭的基本生活用品。現在，人們對家電的節能和環保化趨勢的要求也越來越迫切，性能優異、節能環保的綠色家電越來越受青睞。作為綠色家電驅動系統的主力，無刷直流電機直接驅動系統的正朝著多功能、高效節能和環保化等方面發展。

    直接驅動洗衣機，即DD洗衣機(Direct Driving)在運行過程不僅能夠實現低速大力矩驅動和高速輕載驅動，還能自動完成洗滌與脫水狀態的切換。結構相對簡單的直接驅動式滾筒洗衣機，因為它在洗滌和脫水的時候滾筒都在旋轉，因而不存在采用離合器的問題。但這種洗衣機主要是偏置負載，對驅動電機的要求較高。與傳統洗農機用電機相比，無刷直流電機采用永磁體建立勵磁磁場，具有結構簡單、調速性能好，低噪音，效率高、可靠性高等優點。近年來，隨著永磁材料性能的提高和價格的降低，使得采用無刷直流電機作為滾筒洗衣機的驅動電機具有廣泛的發展前景。

    本文根據同一設計指標，設計了五種類型的無刷直流電動機。使用ANSOFT軟件研究五種電機的磁場分布規律，通過對它們的磁場特性、主要參數、材料、成本、性價比進行了對比分析，最后得出了個****方案，即采用內轉子IPM切向式鐵氧體磁鋼方案的電機具有****的性能價格比，這種設計它在高檔全自動滾筒洗衣機設計中應該具有廣泛的應用前景。

  1滾筒洗衣機對直接驅動系統的要求

    按照結構，洗衣機可以分為波輪式、攪拌式和滾筒式三大類。過去幾十年中，在國內，波輪洗衣機占的份額最多，也******國人的使用習慣，但在歐美等發達國家，滾筒式由于對衣物的損傷最小，是********的。近年來，國外陸續推出了很多規格的高檔全自動滾筒洗衣機，采用低噪音無刷直流電機直接驅動，****的價格在人民幣1萬元以上，不但可以設定各種工作模式，還可以自動實現衣物的干燥和熨平，對使用者確實極為便利。

  滾筒洗衣機由于其結構和運行的特殊性，對直驅系統的要求和波輪系統也有所不同，主要體現在：

    (1)滾筒洗衣機沒有波輪洗衣機中的減速離合器，所以更適合于采用直接驅動方式。

(2)對驅動系統的調速性能要求更高，調速比更大。波輪洗農機的洗滌／脫水典型速度是160／800 r／min,而滾筒洗衣機對應的是50／1100 r／min，帶有干衣功能的則會更高，在1200r／min以上。

    (3)低速時的轉矩裕度要大。由于滾筒是水平放置的，洗滌時含水的衣服會隨著滾筒的滾動形成偏載，衣物還會從滾筒頂部摔下形成沖擊負載，這就要求驅動系統要有足夠的轉矩。

    (4)驅動電機裝配形式比較靈活。由于滾筒本身有比較穩定的軸系，所以電機采用內轉子、外轉子、組裝式、分裝式都可以，不像波輪洗衣機，只有分裝式比較適合。

    (5)驅動系統價格稍高些對整機影響不大，岡為與波輪式洗農機相比，滾筒洗衣機本身就是高端消費品。

由上述分析可見，在滾筒洗衣機中采用低噪音高性能的無刷直流電機直接驅動系統是最適合的。目前國外已經有多款成熟產品，日本韓國公司的最多，如夏普、東芝、LG等。幾種應用于洗衣機直接驅動的無刷直流電機如圖l～3所示。

 

 

2直驅式無刷直流電機的磁場特點

    按照繞組中的電流波形，無刷直流電機可以分為方波電流驅動方式和正弦波電流驅動方式，后者又叫做交流永磁同步電機。采用正弦波驅動時，繞組的反電勢波形一定是正弦的，因此電機的定位力矩會較小。采用正弦波驅動后，電機的力矩波動電會很小，電機系統運行平穩，噪音低。因此正弦波驅動方式的交流永磁同步電機更適宜于在高檔白色家電中使用。

按照轉子結構，無刷直流電機分為內轉子和外轉子兩種。如果轉速較低轉矩較大，那么外轉子方式比較適合。對于高