家电电机的应用现状及发展趋势

电机是家电产品中的重要零部件，电机及其控制技术的发展对家电产品的升级换代起至关重要的作用。本文中，我们将具体探讨家电电机的应用现状和发展趋势。

家电电机一般采用Ｂ级或Ｆ级绝缘，应用场合十分广泛。Ｂ级绝缘电机的最高温度为１３０℃。Ｆ级绝缘的最高温度为１５５℃。对电机的性能要求往往包括在相应的家电电器中，例如，洗衣机的能耗标准就包括了对电机的效率要求。

用于各种家用电器的电机，一般均为单相电机，属分马力电机的范畴。如按电源分类，可以分为数种，具体见图１。

现有各种家电电机及其特点

（１）单相感应电机

尽管各种新型电机层出不穷，目前家电产品中使用最多的仍是单相感应电机，约占市场容量的８０％以上。单相感应电机的结构简单、节能、容易生产成本低、技术成熟、没有电刷、运转噪音不大、寿命长。单相感应电机有自启动能力，但启动时冲击电流，速度与负载大小有关，效率一般，通常在５０％～６０％。罩极电机效率一般低于３０％。

（２）单相变极感应电机

在家电电机中，　变极电机有一定应用，例如，在北美市场上的搅拌式洗衣机就采用了４／６极双速或４／６／８极三速电容起动电机。在中国国内的波轮式洗衣机则大部分采用４极单速电容运转电机。近年来，才开始出现由艾默生公司提供的４／６极共享绕组双速电容运转电机。长期以来，滚筒洗衣机大都采用２／１６极或２／１２极独立绕组电容运转电机。目前，单相变极感应电机正在逐渐被串激电机或三相变频感应电机所替代。

（３）无刷直流永磁电机（ＢＬＤＣ）

无刷直流永磁电机（ＢＬＤＣ）近年来在家电电机中得到越来越多的应用，如洗衣机、空调、洗碗机等。其优点是高效率与低噪声。与电子控制器相配合可以进行无级调速。日本在采用无刷直流电机上处于领先地位，其空调及洗衣机广泛地使用ＢＬＤＣ。但由于其没有自启动能力，通常不能脱离电子控制器而单独运行。与同样必须带电子控制的开关磁阻电机、三相感应调频电机相比，控制器的价格相差不大。由于这种电机在高速运转时需要进行弱磁控制，因而其应用受到限制。

（４）三相感应调频电机

由于三相感应调频电机的生产工艺比较成熟，其运行可靠性高。但是在需要兼顾较大范围速度调节时，其高速时的力矩及低速时的效率会受到限制。

（５）开头磁阻电机

开头磁阻电机的特点是转子结构简单，既没有绕组、磁钢，也没有电刷，因此特别适宜于高速及超高速运行，其效率及力矩在大范围调速中可保持较小的变化。缺点是较难控制其噪音，其电子控制器需要特殊的设计。

（６）永磁同步水泵电机

永磁同步水泵电机的特点是泵与电机结合成一体，

电机转子为

两极环形永磁体，没有电子控制器，靠振动启动，旋转方向不定，效率达６０％～７０％。比传统罩极电机效率提高一倍多，代表了无电子控制器的永磁电机的发展方向。

电机的发展趋势及研究方向

家电电机产品正在向高性能、轻薄短小化、永磁化、无刷化、机电一体化、智能化和组合化发展。

家电电机的应用现状及发展趋势

艾默生（中国）电机有限公司艾默生电机技术中心 费仁言　腾飞

家电电机分类

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（１）电机高性能和轻薄短小化主要是指传统电机产品性能的提高和产品尺寸的缩小。如果电机产品采用永磁材料激磁，特别是采用高性能稀土永磁材料，可大大提高电动机效率，缩小电机体积。

（２）无刷化主要指发展无刷直流电机，以提高产品的可靠性和寿命。无刷电机已经广泛应用于家用电器，例如在变频空调器中采用无刷直流电机替代异步电动机，效率可明显提高。

（３）组合化主要是为了适应市场对小型化要求，将角度传感器、速度传感器、电动机、减速器和制动器等根据不同用途组合成一体，发展单元产品，作为整机的一个独立的功能组件或部件，或者发展直接驱动和直线驱动产品。例如整机采用电机转子直接作为驱动元件，省掉了中间的传动机构，不但使其结构简化，又可以提高系统精度。

（４）电机生产技术向集约化、柔性化、自动化、专业化以及生产协作配套网络化发展。　“柔性”可以克服以多品种小批量为特点的微电机生产组织上的困难，生产方式集约化、生产自动化和专业化、生产协作配套网络化则可以使以大批量生产为特点的微电机实现规模化经济。此外，电机的设计会有效地利用系统软件把设计分析、设计综合、优化紧密地联系起来，还将信息管理、图形显示、专家系统等有机地联系起来，构成一个新的集成软件体系，计算越来越精确。

供

（５）交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。

（６）为了尽可能提高效率，电机永磁体采用烧结钕铁硼，电枢冲片采用拼块式或铰链式，多极集中绕组，根据用户使用要求电机可做成外转子或内转子结构。空调器、洗衣机、电冰箱等为主的家电领域将越来越多地采用永磁无刷电机。

（７）变频电机与控制密不可分，随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小。驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。

笔者认为，由于永磁电机提供多种速度，提高效率，节约材料和能源，改善起动和刹车特性，将会是未来的主导产品，尤其是直驱变频系统，其效率最高可达到９０％以上。

电动机驱动用电约占全球用电量的６０％。电机效率的提高对家电产品用能的减少有决定性作用，因此，在中国“十一五”规划提出单位国内总产值能源消耗降低２０％左右的目标的大背景下，如何使电机效率更高更节能，已经成为电机发展最重要的方向。国家发展和改革委员会编制的中期能源节约规划中已经将永磁电机视为节能推广产品。产各种永磁无刷直流电机和交流变频电机。他们不但积累了经验而且也打开了国外市场。有专家认为，随着国家能效标识管理制度的不断完善，市场对高效电机产品会逐渐接受，对于空调用电机的替代将会有步骤地进行。高效电机的替代有望首先在空调压缩机电机上进行。

与单相异步电机相比，永磁无刷直流电机在相同的额定功率和额定转速下，假设单相异步电机的体积、重量和原材料为１００％，永磁无刷直流电机的体积为３８％，重量为３４．８％，用铜量为２０．９％，用铁量为３６．５％，效率提高１０％以上。此外，永磁无刷直流电机还可以根据用户使用要求，做成外转子或内转子结构。

对于今后永磁无刷直流电机的发展，也有专家表示，为了尽可能提高效率，永磁无刷直流电机永磁体采用烧结钕铁硼。中国具有丰富的钕铁硼永磁材料资源，因此前景看好。

广东威灵电机制造有限公司的技术人员告诉记者，三相感应调速电机的功率较大，因此更适用于洗衣机电机，而直流无刷永磁电

机不容易实现大功率，则适合用在空调风扇上。据了解，目前空调风扇用电机还主要是单相异步电机。从生产角度来说，单相异步电机可分为塑封和铁壳两种。据三江电机有关技术人员介绍，由于塑料不可以降解，不利于环保回收，容易遇到贸易壁垒。企业技术人员均表示，单相异步电机产品已经没有太多创新，未来将是直流无刷永磁电机的天下。

相对于空调用电机，洗衣机电机领域的新技术应用相对较多。从洗衣机技术来看，目前洗衣机电机有单相电容运转电机、单相异

步电机、变极双速单相异步电动机、单相串激电动机、三相感应调速电机、直流无刷永磁电机等几种。

据艾默生（中国）电机有限公司有关负责人介绍，在未来市场中，三相感应调速电机和直流无刷永磁电机都将成为未来的发展方向，据悉，三相感应调速电机具有噪声较小、寿命较串激电机长，可靠性高的优势。直流无刷永磁电机则可用于不同类型的洗碗机，洗衣机和空调中，由于其高效率，市场占有率将会不断提高。而且

工艺较串激电机和三相感应调频电机简单一些。

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低成本与新技术的博弈

洗衣机及空调电机