外轉(zhuǎn)子風機的升級換代

張德貞

(蘇州電訊電機廠有限公司，江蘇蘇州 215002)

0 引 言

近幾年，外轉(zhuǎn)子風機發(fā)展迅速，市場競爭日趨激烈，為了提高產(chǎn)品的競爭力，產(chǎn)品需要不斷升級換代，以滿足顧客的需求。外轉(zhuǎn)子風機的升級改造正是在這樣的背景下，通過進一步優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了半自動定子繞嵌技術(shù)，提高了產(chǎn)品的一致性，減少了加工過程中的人為因素，從而使產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定，產(chǎn)品在市場上更具競爭力。

1 外轉(zhuǎn)子風機的結(jié)構(gòu)形式與種類

1.1 結(jié)構(gòu)形式

外轉(zhuǎn)子風機的結(jié)構(gòu)形式主要是由外轉(zhuǎn)子電機與風葉(或葉輪)等組成。傳統(tǒng)的電動機是定子在外，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動力;而外轉(zhuǎn)子電機是與之相反的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子在定子外部，這樣就便于將風葉(葉輪)通過壓入、焊接等方式直接安裝在轉(zhuǎn)子外圓上，因此具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維修方便等特點［1］。

1.2 種類

風機是我國對氣體壓縮和氣體輸送機械的簡稱。按氣體流動的方向，分為軸流風機和離心風機二大類。

1.2.1 軸流風機

軸流風機是產(chǎn)生與風葉的軸同方向的氣流，也就是氣體平行于風機軸流動。它的電機和風葉都在圓筒里，外形就是一個筒形，用于局部通風(若沒有圓筒，一般稱為排風扇)，軸流風機通常用在流量要求較高而壓力要求較低的場合。外轉(zhuǎn)子軸流風機的風葉(葉輪)又分為整體壓入式與單片風葉焊接等形式。

1.2.2 離心風機

離心風機是產(chǎn)生與風葉的軸向成垂直方向的氣流。也就是氣體垂直于風機軸流動。它分為有蝸殼和無蝸殼二種結(jié)構(gòu)，且按照葉片的彎曲形狀，又可分為前彎式、后彎式和貫流式三種形式的離心風機。

2 外轉(zhuǎn)子風機設(shè)計要點

(1)適合大批量自動化生產(chǎn)，應(yīng)盡可能節(jié)省原材料，降低成本。

(2)風機性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的風機。

(3)風機在設(shè)計結(jié)構(gòu)時，要盡可能采用先進的加工工藝。

(4)風機要具有良好的互換性。

3 外轉(zhuǎn)子風機的設(shè)計、工藝與結(jié)構(gòu)改進

3.1 定、轉(zhuǎn)子沖片和鐵心設(shè)計、結(jié)構(gòu)與加工工藝改進

升級換代的風機在定轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計時，為適應(yīng)大批量生產(chǎn)，采用冷軋硅鋼片，利用高速沖床沖制帶鈕扣的定、轉(zhuǎn)子沖片。沖床將卷帶狀的硅鋼片送入沖床內(nèi)通過模具加工，產(chǎn)出已自動疊壓好的定、轉(zhuǎn)子鐵心，整個過程一次完成，且定、轉(zhuǎn)子鐵心疊厚由沖床加工程序控制;轉(zhuǎn)子鐵心的斜槽也由沖床程序控制。沖床上安裝的模具要求采用較高的級進模，定、轉(zhuǎn)子鐵心的垂直度要求、同心度要求由沖床及模具保證。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計與該工藝的實施省卻了定、轉(zhuǎn)子鐵心由單一的沖片沖制，再經(jīng)過理片、定子疊壓、鉚接，轉(zhuǎn)子沖片焊接等加工工藝，改變了生產(chǎn)效率低、精度低、人為因素多等缺點。

3.2 定子鐵心進行注塑加工工藝

由于定子鐵心的加工采用了先進的加工工藝，使其具有垂直度、同軸度較高的特性，因此，可將定子鐵心作為嵌件對其采用注塑加工工藝。即對定子鐵心通過注塑以取代以往定子嵌線時要在定子鐵心的槽內(nèi)放置槽絕緣，在定子端部要放齒壓板等傳統(tǒng)加工方法來解決定子的絕緣。但對定子進行注塑的模具要求極高，該注塑模必須保證定子每個槽內(nèi)注塑的絕緣層厚度均等，且厚度要求為0.8 mm，公差不大于±0.05 mm，若厚度增加，槽滿率下降，厚度減小，則影響絕緣性能，易擊穿。因此定子注塑模的加工及其模具光潔度要求極高，槽內(nèi)脫模斜度為零，以便于提高導(dǎo)線在槽內(nèi)的槽滿率。

3.3 定子半自動繞嵌工藝

由于定子可以采用一次注塑成型，且光潔度又高，四周有略帶圓角的設(shè)計，為采用半自動繞嵌實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。以往傳統(tǒng)的定子加工方法是采用人工繞制線圈，然后逐槽嵌入，現(xiàn)在可以將注塑鐵心通過工裝安裝在繞線機上進行半自動繞嵌。以前從一個定子鐵心加工成定子須經(jīng)過繞制線圈－線圈用扎線固定－裁制槽絕緣－在定子槽內(nèi)放槽絕緣－逐槽嵌入線圈－對線圈端部進行綁扎等工序，須耗時約60 min?，F(xiàn)在在半自動繞線機的工裝上放入定子鐵心，繞制只需約5～6 min即可，而且減少了人為因素，產(chǎn)品質(zhì)量一致性好。另外，采用半自動繞嵌工藝即采用機器直接將漆包線繞在定子鐵心上，省略了人工嵌線跨槽困難而放長的端部漆包線，且繞組在繞制時機器對漆包線產(chǎn)生一定的拉力，這樣繞制好的定子繞組端部便大大縮小，漆包線的使用量也相應(yīng)降低，從而節(jié)省了原材料。一般，一臺采用半自動繞嵌的定子所使用的漆包線會比采用手工嵌線所使用的漆包線節(jié)省25% ～40%［2］。

3.4 軸承室的設(shè)計改進

以往的外轉(zhuǎn)子電機的定子固定在其內(nèi)部的定子機座上，定子機座既可作為風機底座，又可作為風機的軸承室，它的兩個軸承室均在定子機座上。軸承室外圓部分穿過定子鐵心內(nèi)孔，其安裝的軸承與轉(zhuǎn)子軸連接，如圖1所示。因此軸承外徑?jīng)Q定了定子機座內(nèi)圓的外徑，同時也決定了定子沖片的內(nèi)孔大小，也就是定子沖片內(nèi)孔不能太小。而半自動繞嵌定子雖然也是安裝在定子基座上，但是其軸承并不都在機座上，其中一只被設(shè)計在注塑鐵心上，如圖2所示。因此壓入定子鐵心部分的機座的外圓外徑就不受軸承外徑的限制，只要考慮其強度符合設(shè)計要求就可以縮小機座外圓外徑，這給定子的軛部增加了面積，使定子軛部磁密下降，改善了電機的性能。

圖1 一般外轉(zhuǎn)子電機定子裝配圖

圖2 半自動繞嵌的外轉(zhuǎn)子電機裝配圖

3.5 定、轉(zhuǎn)子沖片槽數(shù)設(shè)計改進

要實現(xiàn)半自動繞嵌，需要對以往的風機定子槽數(shù)進行重新設(shè)計。以往，手工嵌線的定子為了方便單相、三相、二極、四極電機通用，定子沖片被設(shè)計成24槽;轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計成30槽。而采用半自動繞嵌的風機在定子槽數(shù)設(shè)計時，充分考慮定子在繞制線圈時，漆包線需便于進入槽內(nèi)，24槽嵌線設(shè)計方案已不能用于半自動繞嵌。必須對定子沖片的槽數(shù)進行重新設(shè)計，目前，已設(shè)計出適合單相電源的二極電機的定子沖片。該定子沖片根據(jù)單相、二極的特性，定子沖片的槽數(shù)為16槽，主、副繞組各占8個槽，且符合主、副相相差90°的電角度原則［3］。

3.6 風機出線方式的設(shè)計

半自動繞嵌電機的出線方式也與以往不同。手工繞嵌的，引出線可采用直接與繞組的端頭連接并用扎線將引出線固定在繞組端部，這種方法不僅生產(chǎn)效率低，而且產(chǎn)品的通用程度也低。引出線在定子繞嵌時就要焊好、扎牢。且一旦安裝好引出線，電機的轉(zhuǎn)向也就確定，不能更改。半自動繞嵌的，定子端部不需綁扎，電機出線方式采用了印刷接線板，該接線板可直接固定在注塑的定子鐵心上，而且接線板的材料采用了玻璃敷銅板，繞組的四個出線頭，直接焊在接線板的固定位置上。整機安裝時，根據(jù)所裝電機的轉(zhuǎn)向要求，采用相應(yīng)的接線并頭方式，如圖3所示，這樣電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)均可通用同一定子，便于生產(chǎn)，且節(jié)約了管理成本。

圖3 風機出線接線圖

4 結(jié) 語

外轉(zhuǎn)子風機通過升級換代及優(yōu)化設(shè)計，其產(chǎn)品的原材料成本得到降低。通過加工工藝的改進，使其生產(chǎn)加工成本降低，并且外轉(zhuǎn)子電機在升級換代設(shè)計中，充分考慮了電機的系列化、通用化設(shè)計，該系列電機采用相同的定、轉(zhuǎn)子沖片;其定、轉(zhuǎn)子鐵心疊厚則根據(jù)負載要求分別設(shè)計制造出17 mm、25 mm、32 mm、38 mm、和42 mm五種規(guī)格。根據(jù)該五種規(guī)格，已經(jīng)設(shè)計與生產(chǎn)數(shù)十種各類型的外轉(zhuǎn)子風機供應(yīng)市場。采用高速沖床沖制定、轉(zhuǎn)子沖片及鐵心的加工適合了大批量生產(chǎn)的要求。同樣在風機的繞組設(shè)計時，要求該規(guī)格電機不僅適用軸流風機，同時也適用于離心風機，從而使產(chǎn)品的零、部件的加工也更加適合大批量規(guī)模生產(chǎn)，降低了管理成本，提高了產(chǎn)品零件的互換，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的市場競爭力。

［1］潛曙華，馮仲德，張波，等.一種改進的外轉(zhuǎn)子風機:中國專利，CN 201739202U［P］.2011 －02 －09.

［2］王宗培.微電機原理［M］.北京:科學出版社，1983.

［3］陳世坤.電機設(shè)計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1983.