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摘要：人类社会的不断发展促进了科学技术的巨大进步，在此前提下，人们的生活水平也日益地得到了提高。在日常生活中，灰尘和垃圾的存在是不可避免的，而吸尘器的发明和广泛应用不仅有效地减轻了人们的日常清洁量，而且还大大地提高了清洁的质量。在吸尘器的性能评价上，其重要的评价指标则是作为吸尘器核心部件的电机性能。基于此，本文就从吸尘器用单相串励电机的结构设计展开分析。
关键词：吸尘器；单相串励电机；结构设计
1、吸尘器电机概述
吸尘器电机（VACUUM CLEANER MOTOR）可以称得上是吸尘器的心脏，主要种类有：干吸吸尘器电机（THRU-FLOW）和干湿吸尘器电机（BY-PASS）。吸尘器电机一般由电机和风机两部分组成。工作在吸尘器中的电机，一个重要要求就是转速必须得高，最低要达到20000～30000转/分钟。基于这个原因，吸尘器电机一般采用串激励电机，简称为串励电机。如图1所示，是常见的几款吸尘器电机。
图1常见的吸尘器电机
根据电动机的结构简单来说，定子和转子串联的电机就是串励式电机。其中定子指的是定子的励磁绕组，转子指的是转子的电枢绕组。串励式电机既可在直流电下工作，也可在交流电下工作，具有换向器换向功能。串励式电机主要由定子和转子、前端盖和后端盖、以及具有散热作用的风叶组成。
了解电机之后，再来看吸尘器的风机。吸尘器风机主要由动叶轮和定叶轮组成。动叶轮的主要作用是产生风。吸尘器的动叶轮要求每分钟至少两万转到三万转。当叶轮高速旋转时，进风口的空气被快速带走，进风口处会形成一个真空带。外界大气压和这个真空带之间会形成气压差，也就产生了风和吸力。这就是吸尘器的基本工作原理。定叶轮也叫做导风轮。定叶轮的作用是释放动叶轮产生的风量。定叶轮风道越好，释放风量时越平顺，吸尘器电机效率也越高。
吸尘器电机不仅应用在各种家用、工业用吸尘器和干吸吸尘器或者干湿两用吸尘器中，还可以应用在中央吸尘器以及各种类型的扫地机。除此之外，吸尘器的电机还可以应用在吸尘之外的地方，例如喷漆，人工制造舞台的雪花等等。所以本文的研究具有很强的实用性。
吸尘器的工作原理是吸尘器电机高速旋转，从吸入口吸入空气，使尘箱产生一定的真空，灰尘通过地刷、接管、手柄、软管、主吸管进入尘箱中的滤尘袋，灰尘被留在滤尘袋内，过滤后的空气再经过一层过滤片进入电机，这层过滤片是防止尘袋破裂灰尘吸入电机的一道保护屏障，进入电机的空气经电机流出，由于电机运行中碳刷不断的磨损，因此流出吸尘器前又加了一道过滤。
过滤材料越细密就可以将空气过滤得吸尘器越干净，但透气度就越差，这样影响了电机吸入的风量，降低了吸尘器效率。但是对用户而言，舒适干净是主要的。
2、吸尘器中单相串励电机结构设计
2.1外围机壳结构设计
外围机壳结构通常为全包围型，且多以铁制机壳为主。这种结构的优点主要体现在其施工功率范围较广，通常可以做到几百甚至几千瓦，且其结构较为牢固、抗震性能和刚性较好、振动较小。此外，这种全包围结构能够促进噪声的多次反射，从而衰减声能，进而减小噪声。但这种结构的电机制造及装配工艺较复杂，且制造成本较高。
2.2定子铁心外露定位开放结构的设计
定子铁心外露定位开放结构具有装配工艺简单和造价低的优点，但其适用功率的范围较小，通常只适用于功率在1000W以下的串励电机中。此外，定子铁芯的定位设计大多采用两枚螺栓将固定其左右，这种固定方法的固定性较差。串励电机的转速一般在25000r?min-1以上，铁心定位结构的抗震能力显然不能满足这种要求。铁心定位对铁心叠厚公差的要求较为严格，这就增加了铁心冲片的设计难度，由于铁心定位型的外围没有遮挡结构，这在很大程度上增大了电机的机械噪声以及空气动力气流的噪声。近年来，随着塑料工业的高速发展，人们逐渐采用塑料来制作转子轴承两端的支承架，这种设计在一定程度上可以减少噪声，但由于电机在高速运转过程中，其轴承端常会发生高温状况，通常可达到100℃，塑料在这种高温下会产生热缩变形，从而导致电机振动或者轴承走外圈，进而导致电机的火花增大，将减少电机的寿命。其弥补措施通常是添加辅助材料来解决，例如可以加入弹性钢圈或者胶水等来达到加固和防震的作用。这种结构往往也应用于大功率的电风机中，但其制造以及装配过程均很严格，对风叶动平衡和转子的要求较高，且要求挠度和转轴刚度较好。因此，应加强其上下轴承支架的机械机构设计。但这种设计构造的噪声及振动问题均很难得到解决，很难将这种结构设计的优势充分地发挥出来，性价比较低。
笔者综合以上两种结构的优点进行了改进设计。将传统的风机轴承支承盖和导风轮合二为一，采用不饱和的聚脂类热固性塑料BMC作为设计材料。这类塑料具有很强的抗蠕变性，且固化后其收缩率约几乎为0，难燃性、耐热性和耐电弧性均较好，向其中加入纤维能够有效提高其机械强度，通常强于铝合金，因此被广泛应用于各个行业中。这类导风支承端盖的设计具有导风的作用，且可以作为加强筋以增强其结构的刚性，而电机部分则继续沿用原有的铁制全包围机壳，利用四枚螺钉将导风支承端盖固定在机壳上，同时使其尽量靠近中心，以防止弯曲变形。通过进一步优化设计，取消了定子绕组连接线部位的焊接，改用铜插片作为引出线。插片的下部开槽可以查破漆包线的漆皮，并直接卡在其定子塑料骨架上，而将连接碳刷一端的铜插片固定在碳刷架的正下方。此外，以冷冲压夹线的形式焊接外碳刷线辫，以防止影响脱焊或焊断。总之，该电机结构的设计未使用传统的导风轮，并取消了定子绕组连接线和碳刷的焊接工艺。
结束语
吸尘器用单相串励式的电机结构改进的设计是建立在综合了定子铁心外露定位的结构和外围机壳全包围的结构上而进行的改进设计。在吸尘器的使用中对吸尘器用单相串励式电机的结构也提出了更高的要求，即装配要简单快捷以及简洁美观的外观，同时性价比的要求也比较高。而且吸尘器电机的研究成果，在电机的使用范围中也可以得到应用。
参考文献
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论文作者:姚福满
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/14
标签：电机论文; 吸尘器论文; 定子论文; 结构论文; 叶轮论文; 铁心论文; 机壳论文; 《建筑学研究前沿》2018年第3期论文;