专利名称:高效节能抽头调速电风扇的制作方法
高效节能抽头调速电风扇(以下简称节能风扇)是一种改进设计的电风扇，属家用电器类。
电容式电风扇调速一般多用电抗器法，用电抗器调速须多用一只电抗器，增加生产成本，电抗器本身亦消耗一定功率。30年代期间，美国西屋电气公司发明用绕组抽头法调速，省去一只电抗器，目前国外如日本及我国台湾均用定子绕组抽头法调速，电抗器法早已淘汰。我国风扇现绝大部分仍用电抗器法调速，少数厂试用绕组抽头法调速。
绕组抽头调速接线主要有L1、L2及T型三种，此外尚有h型。美国电气工程师C.G.Veinott在其所著(微型感应电动机理论与设计)(Theory and Design of Small Incuction Motors)一书中对上述前三种绕组抽头调速电机理论及接线有所论述，並在IEEE Trans.on Power Apparatus and Systems PAS 96，No.4，1977，pp.1132－1144刊物上发表(L型及T型接法抽头绕组电容电动机的性能计算)论文。(电机工程手册)第38篇日用电器章内亦有介绍。
我国现有绕组抽头风扇电机接线大多用L1型，当风扇在中速及低速运转时，主副绕组的匝比已变，所生旋转磁场已成为椭圆形，导致逆序转矩增加，风扇在中速及低速运转时，空间同相位的中间绕组中有不同相位的电流，致抵销一部分磁势。
T型接法抽头绕组风扇调速作用与用电抗器调速作用相同，中间绕组多耗额外铜钱，增加额外损耗，此种接法应用较少。h型接法效应与L型接法效应相同。
上述各种接法电动机在中速及低速运转时，副绕组的安匝减少，电动机在低速起动时，起动转矩降低，尤以功率较小如250、300毫米风扇在低速降压条件下(国家标准规定在85％额定电压)大多起动困难，甚至不能起动。
用L型及h型抽头接线方法所制抽头调速电风扇在中速及低速运转时，电动机输入功率不能按转速成适当比例下降，据北京全国家用电器科技情报站出版的《家用电器科技》1982年第5期所载(电抗器调速的得与失)及同期(谈抽头调速电机在风扇上的应用)两文中关于抽头调速电风扇测试数据可说明此种情况。有些抽头绕组电风扇电动机电磁设计亦存在一些问题，如转子电阻过大，定子槽形对有些部分磁密过大等，以致损耗较大。
抽头调速电风扇在日本已普遍采用，我国电风扇行业对抽头调速风扇技术因尚未完全了解及掌握，虽经生产，但效果不良。我国电风扇年产量较大，如能使电机耗电量降低，则可节约大量电能。本发明目的在对抽头调速电风扇进行改进，克服上述缺点，使能节约电能、提高性能、节省材料目的。
为克服现有抽头调速电风扇上述缺点，本节能风扇采用下述方法实现本节能风扇主要部件风叶、网罩、底座、机壳、摇头机构与现有风扇相同，只是电动机部分做有改进，改进后电动机由机壳〔1〕、定子铁芯〔2〕、转子铁芯〔3〕、定子绕组〔4〕及前后轴承〔5〕构成，如附图1所示。
定转子铁芯400毫米风扇定子铁芯〔2〕由附图2冲片制成，冲片共16槽，其中大槽8只，槽形如附图3所示，小槽8只，槽形如附图4所示，大槽每2只与小槽每2只间隔均匀分布，铁芯叠厚32毫米，大槽中嵌主绕组及中间绕组，小槽中嵌副绕组。350、300毫米风扇定子铁芯〔2〕由附图7冲片制成，共8槽，其中大槽4只，槽形如附图8所示，小槽4只，槽形如附图9所示，大槽与小槽间隔均匀分布，铁芯叠厚350毫米风扇为28毫米，300毫米风扇为26毫米，大槽中嵌主绕组及中间绕组，小槽中嵌副绕组定子冲片均用4只铆钉铆成一体。
400毫米风扇转子铁芯冲片如附图5所示，共21槽，槽形如附图6所示，铁芯叠厚32毫米。350、300毫米风扇转子铁芯如附图10所示，共17槽，铁芯叠厚分别为28及26毫米。
上述两种定转子铁芯冲片特徵为400毫米定子冲片有大槽8只，小槽8只，大小槽每2只依次间隔分布。350、300毫米定子冲片有大小槽各4只，依次间隔分布，两种定子冲片及400毫米风扇转子冲片槽形尺寸与现有风扇定转子冲片槽形尺寸不同。
转子绕组400毫米风扇转子绕组〔2〕如附图11、12所示，绕组用纯铝压铸，铁芯在压铸时扭斜2转子槽距，铁芯两端铸有端环，如附图14所示，端环上每端有风叶8片，如附图13所示，端环载面为4.5×7.385毫米2。350、300毫米风扇转子绕组如附图15、16所示，铁芯用纯铝压铸，端环、风叶及斜槽与400毫米风扇转子结构相同，端环如附图18所示，风叶如附图17所示，端环截面为3.5×7.385毫米2。以上各种转子绕组特徵为端环截面较现有风扇转子绕组端环截面为大，以降低转子电阻，减少转子损耗。
定子绕组400、350、300毫米风扇电机定子绕组〔4〕用QZ高强度漆包线在绕线模上绕制，定子绕组由主绕组、中间绕组、副绕组组成。定子槽内衬有槽绝缘，先嵌主绕组及中间绕组，再嵌副绕组。三种规格风扇电机的各绕组的线径、匝数、线模尺寸示于附图20，其特徵为主、中、副三组绕组有较合理的线径及匝比，该绕组线圈线径及匝数的选择使风扇电动机有效好的运转性能，可达到节能目的。
定子绕组接线定子绕组的主绕组、中间绕组、副绕组接线线路示于附图10，图中主绕组的1、3、5、7号四只线圈用反串接法。中间绕组的1’、5’号两只线圈用庶极接法，3’、7’号两只线圈亦用庶极接法，四只线圈然后串联。副绕的2、4、6、8号四只线圈用反串接法，副绕组的2号线圈末端接于主绕组的1号线圈起端，8号线圈的末端与电容器串接后接于电源线上。各绕组的线端接于组合开关上，当按下组合开关某一按钮后，绕组可根据所按下按钮接成不同接法，而使风扇可在高速、中速、低速或停止运转。按钮动作及功能如下
按附图19接线，风扇在中速及低速运转时，中间绕组中电流始终与主绕组中电流同一相位。在中速运转时，中间绕组的1’、5’号线圈脱离网路，可减少此部分铜耗；3’、7’两只线圈用庶极接法，在槽中成对称分布，在电磁上可保持平衡，不产生由于电磁不平衡引起电磁噪声。风扇在各挡运转时，主副绕组匝比仍可保持使磁场呈现园形磁场所需匝比，由电动机在高速及低速运转时电流电压矢量图即可得知。副绕组在各挡运转接线时，均跨接在电源线上，始终保持额定电压，此有利于在低速时起动，可解决前述小功率风扇在低速时起动困难问题。
节能风扇规格有400、350、300毫米三种，有试制样机。
试制样机各两台，经初步测试后，电动机输入功率大幅度下降，转速增高，所用风叶均用现有风扇风叶。其性能与现有风扇性能对比如下
注现有风扇功率及转速系根据1981年上海地区17个厂产品评比记录数值平均值，350毫米风扇无产品参加评比，表中数值系采自某厂产品样本。
经济效果本节能风扇转速较高，风量较大，使用值可达1.9以上。我国电风扇近年年产量已达1000万台以上，全国风扇如采用本节能风扇电机设计，每台风扇可节约电15瓦左右，如每日以使用6小时计，则每日节约电能为1000×15×6≈90万度节能风扇可省去一只电抗器，成本约二元，1000万台风扇每年可节约2000万元。
节能风扇电机所用铜线及硅钢片与现有风扇所用数量相等。
节能风扇电机定子外圆及叠厚与现有风扇定子外圆及叠厚相同，只须改变铁芯冲片槽形及绕组数据，可立即投产。
权利要求
1.组成高效节能抽头调速电风扇的电动机，它包括机壳[1]、定子铁芯[2]、转子[3]、定子绕组[4]、转子绕组[5]，其特征在于定子铁芯[2]在400毫米节能风扇中，其冲片共16槽，分为大槽8只，小槽8只，按大槽2只小槽2只依次间隔均匀分布；在350毫米和300毫米节能风扇中，其冲片共8槽，分为大槽4只，小槽4只，按大槽1只小槽1只依次间隔均匀分布，转子铁芯[3]在400毫米节能风扇中，其冲片共21槽，在350、300毫米节能风扇中，冲片共17槽，均匀分布，转子均扭斜2转子槽距，转子绕组导条及端环用纯铝压铸，400毫米转子端环截面为4.5×7.385毫米2，350、300毫米转子端环截面为3.5×7.385毫米2。
2.按照权利要求
1所述的电动机，其特征在于所述的定子铁芯〔2〕在400毫米节能风扇中，冲片梯形槽的槽口为2.7毫米，大槽及小槽的上边均宽5.5毫米，大槽的下边宽10.5毫米，高11.5毫米；小槽的下边宽9.2毫米，高9.5毫米。在350和300毫米节能风扇中，冲片梯形槽的槽口为2.7毫米，大槽及小槽的上边均宽为9毫米，大槽的下边宽18.5毫米，高11毫米；小槽的下边宽17毫米，高9.5毫米。
3.按照权利要求
1、2所述的电动机，其特征在于所述的定子铁芯〔2〕的冲片，在400毫米节能风扇中，铁芯冲片叠厚为32毫米，在350毫米节能风扇中，铁芯冲片叠厚为28毫米，在300毫米节能风扇中冲片叠厚为26毫米。
4.按照权利要求
1所述的电动机，其特征在于所述的定子绕组〔4〕由主绕组、中间绕组、副绕组组成，每种绕组各有4只线圈。主绕组与中间绕组同嵌在大槽内，副绕组嵌在小槽内，在400毫米节能风扇中，其主绕组线圈每只640匝，线径φ0.17毫米；中间绕组线圈每只690匝，线径0.16毫米；副绕组线圈每只920匝，线径0.19毫米，在350毫米节能风扇中，其主绕组线圈每只600匝，线径0.16毫米；中间绕组线圈每只600匝，线径0.15毫米；副绕组线圈每只850匝，线径0.17毫米。在300毫米节能风扇中，其主绕组线圈每只800匝，线径0.14毫米；中间绕组线圈每只700匝，线径0.14毫米；副绕组线圈每只720匝，线径0.16毫米。主绕组1、3、5、7号线圈是1尾接3尾，3头接5头，5尾接7尾；1头和7头为主绕组的两个引出线。中间绕组1′、3′、5′、7′号线圈是1′尾接5′头，5′尾接3′尾，3′头接7′尾；1′头、7′头和3′尾与5′尾相接处为中间绕组的三个引出线。副绕组的2、4、6、8号线圈是2头接4头，4尾接6尾，6头接8头；2尾和8尾为副绕组的两个引出线，将主绕组、中间绕组、副绕组的各引出线1头和2尾与组合开关端点4、5连接，并通过端点5的一端与电源相接；1′头与组合开关端点3、4相接；5′尾与3′尾相接处的引出线与组合开关端点2相接；7头与组合开关端点1、2、3相接；8尾与电容器一端相接，电容器另一端与7′连接后同时与组合开关端点1及电源另一端相接。
专利摘要
高效节能电风扇属家用电器类。节能风扇采用较合理绕组抽头法调速、电机采用较合理电磁参数、槽形、绕组、接线方法，使电机在各挡运转时所生旋转磁场接近圆形，使电机效率提高，输入功率下降，转速上升。风扇在各挡运转时，输入功率与风叶转速可适当成比例下降，风扇耗功在各挡运转时较现有风扇耗功约可降低1/3，如全国风扇电机均采用本设计，每日可节约电能90万度左右。本电机所用活性材料与现有风扇所用活性材料相等。
文档编号F04D27/00GK85201409SQ85201409
公开日1986年8月20日 申请日期1985年4月13日
发明者周宜乃 申请人:周宜乃导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan