高效变频压缩机和变频电机关键技术研究(2022年度《家电科技》优秀创新团队项目)

项目背景及研究意义家用电器是居民能源消耗的第二大来源,在“双碳”目标推进下,设计生产绿色家电,实现绿色制造是家电行业的必然趋势。压缩机和电机是家电的核心部件,也是制冷制热系统中的最大耗能单元,提高核心部件的效率对整个行业的节能减排作用显著。项目立足于研究高效环保、高可靠性的压缩机和电机,开展变频压缩机和变频电机的超高效化、超静音、小型化、高可靠性的方法研究。

充磁方式对偏心状态下外转子永磁电机振动噪声影响分析

由于单相永磁无刷直流电机气隙不均匀的特点,加上不可避免的转子与转轴之间同心度加工制造的偏差,会给电机气隙磁密及径向电磁力带来丰富的谐波含量。针对冰箱风机外转子单相永磁无刷直流电机存在的11~20倍机械频噪声问题,首先对未偏心与偏心状态下永磁电机径向电磁力进行解析推导,并指出偏心下径向电磁力波阶次及倍频的变化。其次分析渐变气隙对电机气隙磁密的影响、表磁曲线对气隙磁密、反电势谐波含量以及动偏心状态下径向电磁力的影响。仿真结果表明合理调整充磁方式、削弱表磁曲线磁极两端尖峰值可有效降低11~20倍机械频径向电磁力。最后通过实验验证平顶波表磁方案可明显改善噪声问题,整机噪声峰值降低35%,研究结果为外转子永磁电机稳健设计提供借鉴意义。

运输过程中电机轴承微动磨损机理研究

为解决现有带包装运输电机的轴承微动磨损问题,明确带包装运输电机的轴承发生微动磨损的机理,基于三体理论及赫兹接触理论,进行理论验证试验,验证轴承发生微动磨损需要一定的法向载荷和切向方向上的相对滑动。当电机以A方式放置时,包装纸垫板的振动加速度响应值决定法向载荷的大小,当包装纸垫板加速度响应幅值低于(x-1.1)g时产生的法向载荷不足以引起微动磨损的发生,纸垫板加速度响应幅值(x-1.1)g为微动磨损产生的临界值。电机以B方式放置和电机轴绑定的方式可以分别抑制微动磨损所需的法向载荷和切向方向上的相对滑动,从而抑制微动磨损的发生。以实际运输过程中的功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)曲线为仿真输入,建立实际运输过程的随机振动仿真模型。

某空调外转子风机电机高效技术研究

目前针对电机能效的要求越来越高,高效电机成为了各界研究的热点。首先从电机效率的基本公式出发,对公式进行分解,分解后对影响效率的关键参数进行根因分析,从而提出所研究电机的提效思路。然后以一台空调外转子风机电机为例,根据分析结果并结合工艺制造以及噪声参数对其进行提效分析。最后对优化方案进行制样测试,进一步验证了理论分析的可靠性。研究结果将为后续高效电机设计开发提供有效的指导。

家用空调中的电机电控防浪涌冲击技术分析

阐述家用空调内置驱动电机由于端子接触不良导致打火放电、直流母线处形成浪涌冲击信号,导致电机电控过电流失效的原因,提出一种浪涌冲击防护电路,有效吸收浪涌信号,具有防护功能。

空调电机振声信号的盲源分离故障特征提取

电机振声信号蕴涵着丰富的电机状态信息,文中提出利用电机振声信号对电机进行故障诊断,实现噪声出厂检测。由于观测信号信噪比较小,难于提取电机振声信号故障特征。应用盲分离技术从观测信号提取独立的声源信号,提出了基于峭度的盲源分离开关算法,可以在源信号概率密度函数未知时提取独立分量,消除相邻部件辐射噪声的干扰。实验证明该算法成功分离电机振声信号,有效提取故障特征。

电机生产线噪声故障自动识别

电机振声信号蕴涵着丰富的电机状态信息,因此提出利用电机振声信号实现电机生产线噪声出厂检测。考虑工业现场环境的影响,系统首先采用小波分析对振声信号进行消噪,提取有用信号;再利用小波技术多分辨率的特点,从能量分布角度出发,结合概率论参数区间估计法获得各频段能量区间,对故障电机进行自动识别。系统基于LabVIEW软件平台,实现电机振声信号的实时采集、分析和后处理。现场应用表明,该系统效果良好。

切向内置式永磁电机的新型转子设计

为简化切向内置式永磁电机的生产工艺,介绍一种具有间隔磁桥的新型转子,并通过分段错位的方式削除随之产生的单向漏磁,以避免转轴的磁性。借助于有限元方法,对不同磁桥的设计进行电机转矩性能的进一步比较分析,推论出该种设计的性能简化计算方法,以避免复杂的三维(3D)有限元计算。此外,在高转速运行条件下对该新型切向式转子进行了机械强度(应力和形变)的分析。样机试验验证该设计的转矩性能以及前述等效计算方法的有效性。

工艺误差对内置式永磁电机电磁性能的影响

针对内置式永磁电机生产过程中2种典型的工艺误差,研究了它对电机主要电磁性能的影响。以12槽8极设计为例,首先介绍了定转子的生产工艺,并通过有限元方法计算出理想情况下的电机性能。由于永磁体的不一致性和定子铁心内圆度偏差的存在,在齿槽转矩中引入了低阶次的附加谐波成分,无法通过传统的分段斜极方式削除。进一步,用一种向量图的方法,来明确上述工艺误差最敏感的分布以及所引入的附加齿槽转矩最大值,并通过有限元进行验证。此外,还分析了上述误差分布对反电势和电磁转矩性能的影响。最后,制作了样机并进行试验验证。

内置式永磁电机转子外形对工艺误差的敏感性分析

内置式永磁电机通常采用转子削弧的方式以减小齿槽转矩。基于偏心式和正弦式削弧,分析比较了不同工艺误差对齿槽转矩的影响。以12槽8极电机为例,介绍了转子的不同削弧方式并计算出理想状况下的基本电磁性能。针对生产过程中的永磁体不一致性和定子铁心内圆度偏差,推导出此极槽配合下最敏感的工艺误差分布。进一步应用有限元方法分析了上述误差分布下的附加齿槽转矩分量,以明确不同削弧方式对工艺误差的敏感性差异。最后,设计制作了具有不同工艺误差的样机,并进行试验验证。

径向电磁力作用下转子系统共振对感应电机噪声影响分析

转子系统共振对电机噪声的影响不可忽略。首先,应用模态仿真及测试方法研究了转子系统对电机结构模态的影响,考虑转子系统模型更能反映电机的实际状态,且低频模态更加丰富;其次,通过谐响应仿真手段分析转子系统共振对径向电磁力空间阶次的敏感性,转子系统共振对空间1阶径向力非常敏感。分析了转子系统共振对气隙、电磁力波的影响,转子系统共振时,会造成动偏心现象,气隙随着时间、空间变化,进而导致电磁力在原有频率附近出现间隔转频的边频、空间阶次±1的附加电磁力。最后,测试验证了仿真分析的准确性。

搅拌式洗衣机电机设计特点

介绍了典型搅拌式洗衣机驱动用电容启动型感应电动机的特点和设计要点。

多槽连续自动收获机设计及切割刀具优化

玉米果穗分配器是玉米收获机中剥皮机的重要组成部分,直接决定了玉米果穗的分配效果和剥皮胶辊的使用寿命。针对设施蔬菜收获劳动强度大和成本高等问题,结合目前我国设施蔬菜收获的机械化和全自动化程度低的现状,设计了一台多槽连续自动收获机,可实现设施蔬菜聚拢拔起、夹持输送、根茎切除全自动一体化收获。首先,阐述了设施蔬菜收获机整机结构设计及工作原理,根据成熟蔬菜的几何参数完成了关键机构的设计;然后,探索通过离散元的方法进行切割过程仿真试验与分析,搭建了刀具-蔬菜摩擦因数测试平台,对刀具与蔬菜根茎间的动、静摩擦因数进行测量,最终建立了离散元蔬菜切割模型。进行样机试验并结合正交试验方法对刀具的结构及运动参数进行优化,结果表明:切割刀具所对应的最佳结构及运动参数为双刀片距3mm、刀片转速800r/min、辅助固定刀片刀尖角度18°。

滚筒洗衣机直驱电机噪声分析

在滚筒洗衣机直驱电机的噪声测试评估过程中发现了一个由于转子差异导致的高阶转频噪声问题,表现为在定子槽数倍转频附近出现较高的间隔转频的噪声峰值。通过理论分析及测试验证,发现噪声问题主要与转子内圆形状有关。为了量化转子内圆形状特性,给出了一种DD电机转子内圆形状的测量方法,可以测得较完整的转子形状轮廓。通过理论与试验研究,明确了DD电机噪声控制的关键工艺要点,有助于产品竞争力的提升,同时研究成果适用于各类外转子无刷直流电机。

感应电机“起伏音”机理与解决策略

随着日常生活中干衣机产品的普及,干衣机的起伏异音问题越来越凸显。针对干衣机及其采用的感应电机,从"起伏音"产生的原因进行分析,通过机理解析得到其本质是一种拍振现象。在机理研究的基础上,根据电机表现的特征,分析激励源,从理论上得出基波磁场所产生的电磁激励和转子不对中引起的机械激振力相互作用是产生问题主要原因。通过转子互换实验、测试转子跳动验证理论分析,发现了转子弯曲变形导致该异常音,为消除感应电机的"起伏音"提供理论指导。

考虑剪切应力的空调风机用永磁同步电机噪音优化设计

针对一款空调风机用典型永磁同步电机存在的6倍频噪音问题,对电磁噪音的产生机理进行了研究。理论和实验分析表明冲裁剪切应力使硅钢片边缘组织的磁性恶化,增加了反电势畸变率,因此对有限元模型进行了修正,并以反电势畸变率为优化目标进行了转子外廓及槽口优化。样机实测反电势波形与仿真吻合,且噪音频谱分析显示电机6倍频噪音明显降低,实现了对转矩脉动和振动噪声的有效抑制。

基于空调电机振动噪音产生的原因及处理分析

随着全球气候变暖,空调在现阶段有着广泛的使用,在空调使用过程中由于电机运行造成震动噪音,不仅影响正常的生活学习,对空调的使用寿命也产生严重的影响,需要从设计的角度,从噪音特点以及空调结构分析空调电机振动噪音产生的原因,并科学制定处理方案,通过对空调多种结构进行优化来有效降低噪音。

空调电机支架振动问题与优化研究

随着国民经济不断提升,人们对生活质量的要求不断提升,随着气候迅速变化,空调已经成为人们生活中必不可少的设备,但是部分空调在运行过程中普遍存在空调电机支架振动问题,导致使用舒适度下降。因此需要从空调电机支架结构以及振动的原因进行分析,进而针对性制定空调电机支架振动问题解决方案,进而保证空调使用质量。

制程偏差对电磁力影响机理分析

不可避免的加工制造偏差会使气隙磁导中引入不对称分量,进而影响电机的性能。主要考虑定子圆度、附加气隙及偏心三个制程因素,分析其对电机电磁力的影响。首先对不同制程因素进行阐述说明,对电机齿槽转矩、电磁径向力的机理展开分析,进一步推算出不同制程偏差下气隙磁导函数,计算出对应情况下电机齿槽转矩、电磁径向力的解析表达式,并结合有限元仿真分析方法,得出不同制程偏差情况下引入的电磁力谐波含量,为后续制程偏差的影响分析提供理论指导。

家用多联机变频变容压缩机的高效化设计及应用

基于大数据分析的家用多联机低负荷运行冷量过剩、低频能效低的问题,通过对变容压缩机的容积比、泵体结构、切换机构等方面优化设计,优选电机槽极配合和绕线方式,结合绕组切换技术、变频器电控优化等技术,降低了压缩机的摩擦功耗、泄漏损失、排气阻力等,提升电机低频效率,降低变频器控制损耗,从而拓展了最小冷量输出,大幅提升了压缩机低频能效,应用于家用多联机系统可使低负荷能效提升20%。