何斌
宁波大华电器有限公司 浙江宁波 315400
摘要：随着科技的进步以及居民生活水平的提升，大众对于吸尘器的使用功能以及效果有了越来越高的要求。当前技术发展阶段，无绳吸尘器中的电机主要使用的是无刷直流电机，这种电机的优势，在结构方面体现为采用稀土永磁作为制作的原材料，采用电子磁敏式霍尔元件，作为构成位置传感器的核心原料。直流无刷电机凭借其驱动过程简易、便于调节电机速度、有效节约能源、不会产生较大的噪音、电器使用时间长等优点，在各类电气中的应用范围越来越广泛。在设计无绳吸尘器时，对电机选择的过程中首先考虑的就是直流无刷电机。下面对直流无刷电机地工作原理以及对电机、无绳吸尘器的使用性能进行了简要的介绍，并分析了直流无刷电机控制系统的设计。为无绳吸尘器性能的提升提供切实的理论技术支持。
关键词：无刷直流电机 无绳吸尘器 工作效率 性能 应用效果
吸尘器的工作过程，就是在电流控制电机转动的过程中，形成小范围的空气涡流。通过控制空气涡流的强度，来在吸尘器的内部产生出现不同强度的负压，这样就可以把地面上的纸屑、灰尘等杂质吸入吸尘器内部进行收纳，吸尘器在使用过程中操作非常简便。吸尘器电机的基本要求是真空度高、转速高、没有较大的负重和体积，如果同时还具有节约能源的功能，使用性能将再提升一个台阶。近年来，市面上流行的无绳吸尘器受到了越来越多消费者的青睐。无绳吸尘器包括手持式、立式等不同种类，较传统的有绳吸尘器相比，都具有体积小、操作简便、节约电能的优势。为了提升无绳吸尘器的使用性能，首先需要从吸尘器中的电机性能入手。因为电机的性能在一定程度上，决定了吸尘器吸力、降噪等方面的实际使用效果【1】。由此可知，电机的功能是否强大，决定了吸尘器的性能是否强大。
一 、无刷直流电机的运行原理和有效控制
直流无刷电机，主要是借助了位置检测器，实现了对转子所在位置的测定，在位置测定完成后，需要将得到的位置信号，及时有效地传至控制器。再通过控制器、逻辑信号，来实现对于逆变器内部开关管的有效控制。在此过程中，电机本体电枢绕组上门，进行了直流电压的加载，在直流电压的作用下，电机进入旋转的工作状态。
在无刷直流电机设计制造中，由于转子采用的是磁钢励磁，定子采用的集中绕组以及无刷结构，这样构建出来的永磁无刷直流电机优势非常突出。具体包括(1)工作效率高。（2）设备结构紧凑。（3）对设备的维护工作投入的成本较低。（4）量产成本低【2】。单相无刷直流电机相比三相无刷直流电机虽然效率较低、转矩脉动较大，出现起动死点问题的概率较高，但其具有结构简单、制造方便和驱动电路成本低等优势。因此，在一些对电机转矩脉动、启动性能要求较低的电器，尤其是家用电器中，单相无刷直流电机的使用率较高。例如在风机，散热风扇、各类小型家用电器中，都会使用单向无刷直流电机。由于单相无刷直流电机在定转子结构上，具有较强的特殊性，致使单相无刷直流电机的零齿槽转矩位置，与零电磁转矩位置重合，引发出现起动死点问题。
除了起动死点问题，无刷直流电机如果长时间处于高速的工作状态，很可能会出现明显的电流滞后问题。这是由于电机在工作状态中是感性负载，在电机转速不断提升的过程中，等效电抗也会随之增长，导致电压的相角增大。电机的上述工作原理，致使转矩波动增大、产生较大强度的噪声，导致电机的实际工作效率下降，甚至还会对电机原本的转速造成一定的限制。
为了有效改变这一问题对电机工作状态的影响，可以在电机转速逐渐提升的过程中，让电机提前换相，使相电流与对应相反电势保持同相位。
二 、无刷直流电机在无绳吸尘器中的应用
当前阶段，市面上的主流吸尘器品牌均推出了不同型号的无绳吸尘器，a和b在电机生产界都是享有盛誉的生产方，这两家公司生产出来的电机，广泛地应用于各类小家电产品中【3】。a公司在电机设计、研发制造方面，每年会有数亿美元的资金投入。这些生产出来的电机绝大多数都是用来搭载在小型的家用电器产品上的。例如吸尘器，吹风机等本品牌的产品。b公司则代表了是国内技术无刷电机的最高水平，这家公司凭借其在电机设计、制造方面的技术优势，已经成功上市。b公司的电机产品，并不仅仅局限在国内的电机市场，还积极扩大海外市场，需求新的发展方向。一般情况下，吸尘器中使用的电机转速越高，则内部结构的体积就会越小。a品牌的电机中，使用的是单相霍尔结构，这要求生产过程中的工艺水平很高，其他生产企业要想做到同样地制造效果的难度较高。b公司生产的电机，采用高效三相两极无刷电机，运行平稳且效率高。
需要明确的是，要想提升吸尘器电机的使用性能，除了着重提升电机的性能比较重要以外，还应在风道的设计方面予以较高程度的重视。b品牌的电机动叶轮，主要的制造材料包括铝合金等，整体设计中主要运用了流体力学设计，实现了对动叶轮、端盖、风罩等部件的优化设计，最大限度地减低了风机装置对于风力的损耗，有效提升了吸尘器电机地工作效率。
在衡量电机品质的时候，不可以将转速作为唯一的评价标准。首先需要明确的是，即使一款电机转速很高，也不能代表这台电机的使用性能非常出众。这是因为，一台电机的转速越高，周边具有联动效应的其他部件，可能会因此降低使用寿命。为了配合转速非常快的电机，器械本身以及电机的材质需要选用较好的材料，这样才能与电机的工作状态相适应。由此可见，要想同时追求电机转速以及电机整体性能的稳定性，就需要保证两个方面之间的平衡性。特别是针对家用产品中的电机来说，维持设备的稳定性、控制好设备的成本均是尤为重要的工作内容。如果在设计、制造电机的过程中，不考虑成本的因素，在真正投入市场销售的过程中，可能并不会获得具有明显优势的销售成果，市场反应也可能并不理想。用消费者的眼光来分析家用产品的质量，首先考虑到的因素就是产品的性价比。并不是价格越低的产品性价比越高，而是说需要控制好性能和外观之间的关系，让消费者可以用更加实惠的价格，买到更高质量、高使用性能的产品。为了实现这一目标，需要设计者平衡好产品性能与成本的关系。
结语：通过上述的研究内容，对无刷直流电机工作原理、控制，以及无绳吸尘器的使用性能进行分析，可知要想提升无绳吸尘器的使用性能，首先需要从内部的电机着手进行研究，不断提升电机的功能、效率。目前阶段，社会居民购置无绳吸尘器的倾向性越来越强，不断提升无绳吸尘器的使用性能，也是适应吸尘器市场的变化需求，提升消费者的使用体验，才有利于整体产业未来的良好发展。
参考文献：
[1]闫歧轩,吴建华.一种高速单相无刷直流电机的控制方法研究[J].机电工程,2016,33(3):293-297,341. DOI:10.3969/j.issn.1001-4551.2016.03.009.
[2]高素玲,张庭亮.吸尘器用直流无刷控制策略仿真研究[J].黑龙江大学工程学报,2017,8(4):90-96. DOI:10.13524/j.2095-008x.2017.04.061.
[3]郝才生.高速单相无刷直流电机系统的设计[D].黑龙江:哈尔滨工业大学,2017. DOI:10.7666/d.D01585545.