孫礪寒

直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)上采用稀土永磁材料作轉(zhuǎn)子，位置傳感器為電子磁敏式霍爾元件。由于具有容易驅(qū)動(dòng)、節(jié)能、調(diào)速方便、噪音小、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以直流無(wú)刷電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，成為無(wú)繩吸塵器電機(jī)的最佳選擇。

無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理及控制

直流無(wú)刷電機(jī)利用位置檢測(cè)器對(duì)轉(zhuǎn)子所在位置進(jìn)行檢測(cè)，并將位置信號(hào)傳送給控制器，控制器通過(guò)邏輯信號(hào)對(duì)位于逆變器里面的開關(guān)管進(jìn)行控制，在電機(jī)本體電樞繞組上加載直流電壓，讓電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。定子電流與磁場(chǎng)均對(duì)稱分布，轉(zhuǎn)子永磁體始終作無(wú)阻尼運(yùn)動(dòng)；將齒槽效應(yīng)以及電樞反應(yīng)在氣隙磁場(chǎng)中產(chǎn)生的影響全部忽略不計(jì)；同時(shí)忽略電機(jī)中控制電路的功耗以及磁滯、渦流損耗等；其氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布形式為方波。

吸塵器是通過(guò)電流控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，形成強(qiáng)烈的空氣渦流而使吸塵器內(nèi)的密閉空間出現(xiàn)負(fù)壓，從而吸入紙屑、灰塵等雜質(zhì)，使用十分方便。吸塵器電機(jī)的基本要求是轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速高、質(zhì)量輕、體積小，最好還能節(jié)能等。最近幾年，無(wú)繩吸塵器最為流行。無(wú)論是手持式還是立式的，無(wú)繩吸塵器大都選擇搭載體積輕、噪音小、吸力大并且更加節(jié)能的無(wú)刷數(shù)碼電機(jī)。

吸塵器是一個(gè)體驗(yàn)性很強(qiáng)的產(chǎn)品。如果消費(fèi)者在賣場(chǎng)看到一款產(chǎn)品外觀很酷的吸塵器，試用的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)噪音很大，或者吸力不夠好，肯定就不會(huì)購(gòu)買。而電機(jī)在很大程度上決定了吸塵器在噪音和吸力等性能是否完美。因此，電機(jī)的性能在很大程度上決定了吸塵器的品質(zhì)。

無(wú)刷電機(jī)對(duì)吸塵器性能提升的意義

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)無(wú)繩吸塵器銷售最好的兩個(gè)品牌分別是英國(guó)品牌D和中國(guó)品牌K，兩個(gè)品牌吸塵器的工作方式分別是手持推桿式和立式。2018年，D和K兩大品牌分別推出了旗艦款的V10和M85 Plus，這兩款產(chǎn)品也分別搭載了目前吸塵器行業(yè)最先進(jìn)的直流無(wú)刷電機(jī)。下面就通過(guò)兩個(gè)電機(jī)的數(shù)據(jù)分析一下這兩款產(chǎn)品的性能（見表一）。

D和K都是世界知名的電機(jī)生產(chǎn)商，其電機(jī)在小家電產(chǎn)品中的應(yīng)用很廣。D公司每年用于研發(fā)的費(fèi)用可達(dá)數(shù)億美元，用于搭載在自有品牌的多類產(chǎn)品上。如吸塵器，吹風(fēng)機(jī)等。K公司是國(guó)內(nèi)技術(shù)水平最高的無(wú)刷電機(jī)企業(yè)之一，并以其技術(shù)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)成功上市。K公司生產(chǎn)的電機(jī)除了用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)以外，還出口海外市場(chǎng)。

一款吸塵器用什么樣的電機(jī)，取決于研發(fā)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)候的需求。轉(zhuǎn)速越高，體積越小。V10數(shù)碼電機(jī)重量只有至125g，轉(zhuǎn)速達(dá)到了行業(yè)內(nèi)同類電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速125000轉(zhuǎn)/分鐘。高轉(zhuǎn)速也是D公司領(lǐng)先于電機(jī)制造業(yè)的指標(biāo)之一。但是在轉(zhuǎn)速高的同時(shí)，這款功率550W電機(jī)的效率低于50%。從電機(jī)的設(shè)計(jì)工藝上看，D品牌目前的無(wú)刷電機(jī)全部采用效率相對(duì)較低的單相設(shè)計(jì)，并將單相電機(jī)的工藝做到了極致。行業(yè)認(rèn)為，目前的無(wú)刷電機(jī)大多采用較為先進(jìn)和高效率的三相電機(jī)，D公司卻仍舊保持單相技術(shù)，很可能是其前期導(dǎo)入的技術(shù)平臺(tái)是單相的，模具等通用零件也是建立在單相電機(jī)的基礎(chǔ)上，后期的研發(fā)按照這個(gè)技術(shù)一直做深入的研發(fā)，不但保持較好的穩(wěn)定性和可靠性，制造成本上也具有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，D品牌的電機(jī)采用了單相霍爾結(jié)構(gòu)，這在生產(chǎn)過(guò)程中的工藝控制要求極高，也是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)很難做到的。

K公司的M85 Plus電機(jī)，采用高效三相兩極無(wú)刷電機(jī)，帶動(dòng)負(fù)載動(dòng)葉輪，借助線路板無(wú)霍爾實(shí)現(xiàn)電子換向，電機(jī)無(wú)霍爾傳感器安裝的機(jī)械限制。同時(shí)線路板采用正弦波控制，運(yùn)行平穩(wěn)且效率高。

當(dāng)然，吸塵器電機(jī)性能的提升，除了電機(jī)本身起了較大的作用以外，風(fēng)道的設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵。K電機(jī)動(dòng)葉輪采用高強(qiáng)度鋁合金復(fù)合材料，采用流體力學(xué)分析，對(duì)動(dòng)葉輪、端蓋、風(fēng)罩以及各個(gè)零部件的配合都進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少風(fēng)在風(fēng)機(jī)部分的損耗，提高了電機(jī)效率。K品牌電機(jī)的效率高達(dá)55%，功率450W可以達(dá)到D品牌電機(jī)功率538W下的性能，因此，在保持大吸力的同時(shí)，這款產(chǎn)品的續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)。K品牌的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制在10萬(wàn)轉(zhuǎn)以內(nèi)，一方面可以滿足吸塵器的大吸力，另一方面也兼顧到了成本。比較高轉(zhuǎn)速的電機(jī)需要從材質(zhì)等多方面配套，制造成本提高是必然的。

轉(zhuǎn)速不是衡量一個(gè)電機(jī)品質(zhì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，一款電機(jī)也并非轉(zhuǎn)速越高性能就越好。因?yàn)?，轉(zhuǎn)速越高，對(duì)于電機(jī)其他部件的壽命會(huì)產(chǎn)生一定的影響，并且對(duì)電機(jī)的材質(zhì)提出了更高的要求。因此，要在轉(zhuǎn)速與電機(jī)整體性能的可靠性和穩(wěn)定性之間做好平衡。

尤其是做家用產(chǎn)品，電機(jī)的穩(wěn)定性和成本都很重要。不惜成本地研發(fā)和制造一款電機(jī)，并不一定能夠給品牌帶來(lái)真正好的市場(chǎng)反應(yīng)。從消費(fèi)者的角度分析，性價(jià)比才是選購(gòu)產(chǎn)品最好的解釋。性價(jià)比不是低價(jià)，而是在維持相對(duì)較好性能和外觀的同時(shí)，能夠用更加實(shí)惠的價(jià)格購(gòu)買到。這就需要研發(fā)人員在產(chǎn)品性能與成本之間做好平衡。

目前，日本也是小家電用無(wú)刷電機(jī)的重要生產(chǎn)國(guó)。最知名的品牌當(dāng)屬日本電產(chǎn)（Nidec）。國(guó)內(nèi)多個(gè)品牌的電風(fēng)扇、吸塵器和掃地機(jī)器人都采用了Nidec的無(wú)刷電機(jī)。專業(yè)人士認(rèn)為，日本企業(yè)生產(chǎn)的無(wú)刷電機(jī)在性能、轉(zhuǎn)速等方面的優(yōu)勢(shì)并不明顯，但是因?yàn)槿毡酒髽I(yè)歷來(lái)在制造上非常重視材質(zhì)和工藝，其電機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性卻是有口皆碑的。

吸塵器是目前城鎮(zhèn)消費(fèi)者家居生活品質(zhì)提升的代表性產(chǎn)品之一，更多新的技術(shù)正在促使吸塵器在使用便捷、體積輕巧，智能化操作等獲得更多的提升。無(wú)刷電機(jī)作為吸塵器最核心的部件，使得吸塵器的續(xù)航和吸凈率的體驗(yàn)更好。