家用電器中電機軸易觸及的塑封電機安全要求

陳露露 萬行沛

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

部分家用電器是Ⅱ類器具或含Ⅱ類結構，因一些功能性特殊設計原因，內(nèi)部的塑封電機軸設計為易觸及部件，塑封電機通常沒有接地措施。而此類易觸及部件需滿足相應標準要求雙重絕緣或加強絕緣的防護。本文主要結合家用電器安全標準IEC 60335-1《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》，針對使用于Ⅱ類器具或Ⅱ類結構中的無接地措施塑封電機內(nèi)部設計進行防觸電防護分析，供相關設計人員做參考。

1 塑封電機

塑封電機工作時是通過電磁感應來實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的。電機按工作電源可以分為交流電機和直流電機。從電機結構看，有金屬殼結構的電機和塑封結構的電機。常見普通電機是金屬殼體的，塑封電機是非金屬材料殼體的。塑封電機具有體積小，重量輕、噪聲低、振動小、絕緣性能好、耐腐蝕、耐潮濕、耐高溫、節(jié)能等特點。因此，塑封電機在家用電器中獲得了廣泛的應用。

塑封電機由塑封定子、轉(zhuǎn)子、軸、端蓋、電機主板等組成。定子部分由定子鐵芯、繞組、骨架、機殼（塑封料）等組成。定子鐵芯采用硅鋼片重疊而成，電磁性優(yōu)良。定子繞組常規(guī)材料是包有耐溫絕緣漆的漆包線。骨架在鐵芯和漆包線之間起絕緣作用。BMC是Bulk molding compounds英文縮寫，團狀模塑料。塑封電機采用BMC對電機進行封裝，絕緣性和阻燃性很好。

2 標準要求

家用和類似用途電器的安全標準為IEC 60335-1，相關定義和要求如下文。

2.1 相關絕緣概念

基本絕緣：對帶電部件只提供基本防護的單一絕緣。

附加絕緣：在基本絕緣外，額外增加的另一層絕緣，基本絕緣失效后能夠繼續(xù)提供絕緣防護的獨立絕緣。

雙重絕緣：由兩層絕緣組成，非單一性絕緣防護，一般由基本絕緣和附加絕緣組成。

加強絕緣：是單一性絕緣，其絕緣性能達到雙重絕緣的防護效果。

2.2 相關要求

對于家用電器中的Ⅱ類器具和Ⅱ類結構，易觸及帶電部件必須有足夠的絕緣防護，可以通過雙重或加強絕緣隔開。

用戶對家用電器功能需求多樣化，一些設計中，家用電器內(nèi)部的塑封電機軸為易觸及部件。而沒有接地措施的塑封電機，應從Ⅱ類結構方面，考慮電機軸和帶電部件之間是否滿足雙重絕緣或者加強絕緣要求。可通過IEC 60335-1條款29.3進行確認，即可通過條款29.3.1或者29.3.2或者29.3.3和29.3.4來確認其防護是否滿足要求。

附加絕緣厚度要求≥1 mm；如果附加絕緣厚度＜1 mm，必須通過29.3.2或29.3.3的測試，驗證其絕緣符合性。

對于加強絕緣，厚度要求≥2 mm；如果加強絕緣厚度＜2 mm，也同樣必須通過29.3.2或29.3.3的測試，驗證其絕緣符合性。

如果附加絕緣厚度＜1 mm，加強絕緣厚度＜2 mm，還要通過21.2刮蹭實驗來驗證其機械強度。

同時要注意，如果加強絕緣是單層的，評估是否滿足29.3.3之前，必須先評估是否滿足29.3.4表19最低厚度要求。

3 塑封電機常見設計和建議

塑封電機內(nèi)部，依次是后端蓋、主板、定子、轉(zhuǎn)子、前端蓋，沒有接地措施。定子中，繞組和硅鋼片通過骨架、塑封料進行隔開。電機軸和前端蓋、后端蓋相互接觸。電機內(nèi)部繞組和主板屬于帶電部件。所以要確認繞組和前端蓋之間是否滿足雙重絕緣或者加強絕緣要求，確認電機主板和前端蓋、后端蓋之間是否滿足雙重絕緣或者加強絕緣要求。

3.1 繞組和前端蓋之間的絕緣

圖1 金屬殼體電機和塑封電機

圖2 塑封電機結構

圖3 塑封電機內(nèi)部繞組

不同的電機廠家，電機內(nèi)部定子和轉(zhuǎn)子設計有所不同。繞組和前端蓋之間的絕緣，要確認定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)部之間是否有絕緣。定子內(nèi)部設計是有絕緣隔開的。有些轉(zhuǎn)子設計是沒有絕緣的，即電機軸和鐵氧體之間沒有隔開；而有些轉(zhuǎn)子設計是有絕緣的，即電機軸和鐵氧體之間通過橡膠等材料進行隔開。如下針對這兩種常見設計展開分析。

3.1.1 轉(zhuǎn)子內(nèi)部沒有絕緣設計，定子內(nèi)部有絕緣設計

轉(zhuǎn)子內(nèi)部沒有絕緣設計，則需評估定子內(nèi)部是否滿足雙重絕緣要求或者加強絕緣要求。

定子內(nèi)部，繞組和硅鋼片通過骨架、塑封料進行隔開。骨架嵌套在硅鋼片中間，繞組繞在骨架上，其余的縫隙由塑封料填充。所以繞組是分別通過骨架、塑封料和硅鋼片隔開的；而不是骨架隔開一次，塑封料再隔開一次，形成雙重絕緣。由于內(nèi)部空間受限，目前電機廠家通常使用單層骨架隔開，所以單層骨架需滿足條款29.3加強絕緣要求，填充的塑封料也需滿足條款29.3加強絕緣要求。

先確認單層骨架、填充塑封料是否都分別符合條款29.3.1最低厚度2 mm要求；如果不符合2 mm，則進一步確認是否符合條款29.3.4表19最低厚度要求，符合的情況下進行條款29.3.3干熱試驗和電氣強度試驗。上述2種情況，滿足其一即可，則單層骨架和填充的塑封料都滿足加強絕緣要求，那么繞組和前端蓋之間的就滿足加強絕緣要求。

3.1.2 轉(zhuǎn)子內(nèi)部有絕緣設計，定子內(nèi)部也有絕緣設計

轉(zhuǎn)子內(nèi)部有絕緣設計，電機軸和鐵氧體之間通過橡膠等材料進行隔開，可以先需考慮是否滿足雙重絕緣要求或者加強絕緣要求。

如圖4轉(zhuǎn)子內(nèi)部橡膠滿足條款29.3加強絕緣要求，即繞組和前端蓋之間就滿足加強絕緣要求，無需再考慮定子內(nèi)部絕緣。橡膠是單層的，先看是否符合條款29.3.1最低厚度2 mm要求；如果不符合2 mm，確認是否符合條款29.3.4表19最低厚度要求，符合的情況下進行條款29.3.3干熱試驗和電氣強度試驗。上述2種情況，滿足其一，則橡膠滿足加強絕緣要求，那么繞組和前端蓋之間的就滿足加強絕緣要求。

如果轉(zhuǎn)子內(nèi)部橡膠不滿足條款29.3加強絕緣要求，但是滿足附加絕緣要求，則可以進行下一步評估。定子內(nèi)部，繞組和硅鋼片通過骨架進行隔開，符合基本絕緣要求。從這個角度考慮，繞組和前端蓋之間滿足雙重絕緣要求。

如果轉(zhuǎn)子內(nèi)部橡膠不滿足條款29.3加強絕緣要求，也不滿足附加絕緣要求，則需考慮定子內(nèi)部是否滿足雙重絕緣要求或加強絕緣要求?？梢詤⒖既缟?.1.1的評估。

3.2 電機主板和后端蓋之間的絕緣

不同的電機廠家，電機主板設計和安裝方式有所不同。有些廠家設計電機主板塑封在內(nèi)部，電機主板和后端蓋之間由塑封料隔開。有些廠家設計電機主板是通過隔電環(huán)和后端蓋隔開。如下針對這兩種常見設計展開分析。

3.2.1 電機主板塑封在內(nèi)部，通過塑封料和后端蓋隔開

電機主板塑封在內(nèi)部，通過單一層的塑封料和后端蓋隔開。則需評估該層塑封料是否滿足加強絕緣要求，即確認是否滿足條款29.3.1或者29.3.3和29.3.4加強絕緣的要求。

3.2.2 電機主板通過隔電環(huán)和后端蓋隔開

電機主板通過隔電環(huán)和后端蓋隔開（見圖3），由于隔電環(huán)邊緣沒有完全覆蓋主板, 隔電環(huán)邊緣和塑封料圓環(huán)之間有空隙,所以除了評估隔電環(huán)是否滿足雙重絕緣或加強絕緣要求，還需評估主板邊緣和后端蓋之間的電氣間隙和爬電距離是否滿足雙重絕緣或加強絕緣要求。

圖4 轉(zhuǎn)子絕緣設計

3.2.2.1 確認隔電環(huán)

單個隔電環(huán)通過條款29.3.1或29.3.3和29.3.4確定其是否滿足加強絕緣要求。如果單個隔電環(huán)不滿足加強絕緣要求，可以再增加一個隔電環(huán)，即第一個隔電環(huán)作為基本絕緣，第二個隔電環(huán)作為附加絕緣，構成雙重絕緣。2個隔電環(huán)的設計，隔電環(huán)需滿足條款29.3.1或29.3.3附加絕緣要求。

3.2.2.2 確認主板邊緣和后端蓋之間的電氣間隙和爬電距離

電氣間隙是兩個導體之間最短的空間距離，或者是導體和易觸及部位之間最短的空間距離。這個距離是沿著空間進行測量的。如果主板邊緣電路也被隔電環(huán)覆蓋，固定主板的焊接插片引腳通過打膠或者其他方式覆蓋，則不用考慮電氣間隙。否則需測量主板邊緣電路、焊接插片引腳和后端蓋之間的電氣間隙是否滿足條款29.1加強絕緣的要求。標準中表16是最小電氣間隙的基本要求，基本絕緣是根據(jù)規(guī)定的脈沖電壓查表得出相應最低限值，而加強絕緣則是采用下一個額定脈沖電壓值對應的電氣間隙數(shù)值。

爬電距離是兩個導體之間最短的表面距離，或者是導體和易觸及部位之間最短的表面距離。這個距離是沿著表面進行測量的，而不是沿著空間進行測量。所以，主板邊緣和后端蓋之間爬電距離是兩者之間沿著塑封料圓環(huán)壁測量的最短路徑，即測量主板邊緣電路、焊接插片引腳和后端蓋之間的最小爬電距離。標準中表17是用于查詢爬電距離要求的，基本絕緣根據(jù)工作電壓、污染等級、材料組可得出，加強絕緣則至少是基本絕緣的兩倍數(shù)值。爬電距離的值與材料組有關，而材料組與相對漏電起痕指數(shù)（CTI）值有關。材料組分4類：材料組Ⅰ、材料組Ⅱ、材料組Ⅲa、材料組Ⅲb。隨著CTI值升高，落在不同的材料組，爬電距離要求降低。所以，如果塑封料圓環(huán)壁CTI值達到600，爬電距離相對要求會較低。因電機內(nèi)部結構受限，空間較小，通常會選用CTI值較高的材料，可以優(yōu)化設計。

3.3 電機主板和前端蓋之間的絕緣

電機主板和繞組相連。從這個角度考慮，電機主板和前端蓋之間的絕緣，與繞組和前端蓋之間的絕緣要求是相同的，考慮上述3.1是否滿足雙重絕緣或者加強絕緣要求即可。

但是，有些廠家設計電機時，考慮到EMC和電機軸承壽命等原因，可能會在前端蓋、后端蓋和主板之間設計單個Y電容連接。這種情況可以考慮電機主板通過條款8.1.4和22.42要求的保護阻抗與前端蓋、后端蓋進行隔開，以滿足絕緣要求。但電機內(nèi)部空間較小，主板元器件排布緊湊，并且考慮成本等各種問題，設計方面可能比較難滿足絕緣要求,這種情況可以考慮電機設計接地措施。所以在設計此類電機時既要考慮EMC和電機軸承壽命等原因，也要考慮安全要求。

4 總結

目前，用戶對于家用電器的需求越來越多樣化，家用電器安全問題也一直是電器設計的重要考慮部分。本文結合IEC 60335-1分析了因家用電器結構設計原因，電機軸易觸及的無接地措施的塑封電機內(nèi)部設計的安全要求，以供設計人員開發(fā)家用電器和塑封電機做參考。