目前国际上垃圾处理器通用的电机有两种方式:直流电机、交流电机,一般直流电机采用的是永磁直流电机,是有刷电机的一种;交流一般采用交流异步单相感应电机。
另外国际的主流的企业的电机系统,都是自行组装的,和垃圾处理器一体化,极少有直接采购电机安装的。
从消费者层面对电机的要求:噪音小,运行平稳,安全,使用寿命长等。
从消费者层面对垃圾处理的要求:品质好,噪音小,运行稳定,安全,使用寿命长,售后有保障等。
可以看出电机随只是垃圾处理器的一个部件,确实一个核心的部件,是垃圾处理起的动力源泉,所以尤为重要。
那直流机和交流机到底哪一个更好,更贴近消费者的需求,更符合行业的趋势呢?
接下来做一个简单的分析。
一、直流机系统的垃圾处理器
(一)直流垃圾处理器电机分析:
目前主流的工厂采用的都是永磁直流电机,是有刷直流电机的一种,其器主要特点如下:
1、 结构比较简单,性能可靠,位置准确;
2、 转速高,运行平稳,转速与频率无关和电压有关。目前国内外的主流直流垃圾处理器转速设定一般在3500-4500转,转速和噪音、使用寿命直接相关,各品牌根据自己的产品定位设置也不同。转速低:噪音低,磨损小,离心力小,处理能力小,处理能力受限;转速高:噪音增加,磨损增加,离心力大,处理效果好。所以需要一个平衡点;
3、 启动电流小,启动和运行电流波动小;
4、 自平衡特征:当直流电机负载增加时,即电枢轴上的阻力矩增加时,电机转速降低,产生反电动势减小,在外加电压恒定的情况下,从而使电磁转矩增加,并且直至电磁转矩增大到与阻力矩行对平衡时,电机就在较大负载下以相适应的低速做平衡运转,,反之,电动机又能在轻负载下以相应的高速平稳运转。所以,直流电机在负载发生变化时,电枢电流、转速、转矩都会自动做相应的调节,以满足驱动不同负载的需求,这也是直流电动机转矩自动平衡原理。
5、 碳刷和换向器摩擦有电火花和噪音
6、 使用寿命收碳刷和换向器的限制;
(二)直流垃圾处理器的其他核心部件
1、研磨系统:目前国内主流材质为不锈钢,一般研磨环采用430不锈钢,部分采用金属浇铸成型,研磨盘采用430不锈钢,研磨锤部分采用不锈钢冲压(易变形磨损,使用寿命有限),部分采用金属粉末冶金(对材质工业要求高,性能好,使用寿命长)。
2、研磨腔底座:一般有两种方式:电木(不饱和树脂+纤维)、铝合金浇铸,有些不规范的品牌为追求低成本(包括模具成本、材料成本)会直接采用ABS塑料直接制作,有很大的安全隐患。
3、研磨罩:主流有两种,一是树脂+玻纤,二是金属;有部分不规范品牌采用ABS直接制作,有一定安全隐患。
(三)同行业对直流电机的微词:电火花、噪音、寿命
具体讲是因为采用碳刷的结构,碳刷和换向片运转时会有摩擦,摩擦会产生噪音,会有电火花,同时电机的使用寿命受碳刷的长度和换向器的厚度限制。上述是客观的事实,那我们也从客观的情况来分析一下这些缺点:
1、关于摩擦噪音和电火花,这两个问题的主要取决的因素如下:
(1)、碳刷的品质:垃圾处理器一般采用D104和D202含铜碳刷,但是不同的工厂和品牌碳刷原材料,密度,加工工艺的要求不同,这对碳刷有直接的影响,一个好的碳刷要材料来源好,加工密度均匀,硬度标准,和换向器贴合紧密;密度不均匀就会磨损换向器,增加噪音,硬度过软容易磨损,使用寿命短,硬度过硬,噪音增加。所以对于生产企业来说需要按照机器的工作要求,确定好碳刷的标准,并做好严格的品质管理;
(2)、弹簧的品质和弹力,要采用恒力弹簧,弹力在400-500g/cm2。弹力小,容易摆动,噪音大,火花大;弹力过大,火花大,磨损大,使用寿命减少。企业对此也要做出企业标准,认真甄选出优秀的供应商,做好配件的品质检测,确保弹簧的品质;
(3)、碳刷架的品质:要求结构规整,表面光滑,离换向器距离2.5±0.5mm,与碳刷的配合间隙0.05-0.25mm。
(4)、电机的品质:电机都是国内知名厂家,出厂前经过严谨的动平衡等一些测试,合格出品。换向器表面的光洁度较高使之与碳刷的配合更加顺滑,无跳动尖点。
(5)、电机底座及安装:电机底座一般采用树脂纤维+玻纤+防火材料,碳刷及碳刷架和换向器之间的位置标准清晰,安装和电机底座完好的契合。并且安装过程中,电机座内无明显粉尘及水雾。
2、如何控制直流的噪音和火花?
(1)噪音问题:通过对碳刷系统的调整我们可以把噪音控制在60分贝左右,这样对我们正常人基本没有影响,另外机器工作时的空转的研磨系统的噪音一般是在70分贝左右,工作分贝也在100分贝左右,基本可以忽略电机的噪音;
(2)火花问题:通过碳刷系统的调整,火花是极小的,而且直流电机的特性决定,电机启动和运转的电压电流是平稳的,没有大幅的波动,所有没有大的火花产生,同时火花只存在于碳刷和换向器之间,不会飞溅出来,我们电机底座加入了防火材料,可以杜绝火花产生可能造成的风险。目前电火花级别达到1 1/4 电刷边缘仅有小部分有微弱的点状火花或有非放电性的红色小火花。换向器上没有黑痕、整流子上没有黑痕即电刷上没有灼痕,可以连续运行。另外直流电机在家用电器的使用目前是最广泛的,包括蒙发利的按摩椅用的也是有刷直流电机,如果直流电机的火花都有风险,也不会能通过美国的UL标准的认证,也不会通过国内的3C认证,直流机也不会这么普及,国家层面也会做出限制和禁止了。事实上也还没有一起因品牌直流垃圾处理器电机的火花起火的事件发生;倒是ise2015年召回了38000台产品,原因是国内出现了机器起火事件,主要是机器启动时电流过大产生的火花造成的。
3、垃圾处理器的使用寿命:和碳刷长度和换向器的厚度直接相关寿面的设置为10-15年,按照家庭每天使用3次,每次使用2分钟计算,每天六分钟,一年2190分钟,10年21900分钟,15年32850分钟,这是理论最大数值。实际的使用数据通过大数据的计算
10年的标准约为10000-15000小时。
我们实验室测试:设定运转2分钟,停2分钟,每天运作10个小时,实际运转300分钟,连续运转33天,,机器的换向器和碳刷,依然有1/3的剩余,完全可以满足设计的使用寿命。
电器产品所有的部件都有老化的过程,时间久了在电阻,泄露上都会有风险,尤其垃圾处理器实在高湿、十年的使用寿命设计是合理的和安全的设计,所以这也不是直流机的致命的缺点。
总结:永磁直流电机虽然有些缺陷,但是也有其很大的优点。转速高,工作时离心力大,有自平衡的特征,其处理餐厨垃圾的能力和范围也比较广,对于中国的饮食习惯来讲很适合,中国饮食的结构非常复杂,餐厨垃圾也五花八门,动力太差容易造成极其的卡机,增加不必要的麻烦。
(四)国内直流机的发展历史:
国内直流机来源于美国,最早是美国在中国寻找的代工商,在国内从生产算起已经有近20年的历史了,美国的主流的代工品牌有wastking,cosoco,gm,franke等,美国每年的垃圾处理器规模约600万台,2014年中国出口到美国约80多万台,2015年中国出口美国的垃圾处理器直流机约100万台,成逐年上升的趋势,基本可以测算直流在美国市场份额约17%,直流机的份额也在提升。
中国目前比较优秀的生产企业也集中在了这些代工企业中,他们按照国外品牌的品质要求生产,在生产上有一套完整的标准体系,所以保证了产品的品质;同时这些企业因为只是做代工的限制,企业在技术上创新,营销上管理都很欠缺,20年如一日,有些企业由于自身的管理原因及竞争的压力已经濒临倒闭。国内的主要的代工企业主要分布在广东,浙江,江苏和福建。
因为美国市场的普及,国内环保的要求的不断增加,垃圾处理器对餐厨垃圾的处理的相对的环保优越性,国内部分企业开始介入到垃圾处理行业,主要是广东和浙江,从业的主要是以小型机械加工厂及电机工厂,大多数企业主要是想赚快钱,有些不法分子直接是用来诈骗。但是对企业管理,产品品质都没有保障,产品比起国外的代工的产品差距很大,价格也比较混乱;
其也有好的一面,就是国人的聪明才智的发挥,非代工企业的出来的产品,在外观上作了重新设计,在研磨系统上有了很多创新,在安装系统也有创新,更适合国人的习惯,对整个行业来说也是一个很大的进步。
国内市场并没有预期的爆发,所以开始是企业大量的进然后就出现了大量企业的退出,目前国内的有销售的品牌大约有300个左右,国内从事生产的企业估计在100家以内,同时呢这些品牌或者工厂的垃圾处理器多都是从属地位,不是公司的主流业务和主打产品。
但是随着最近两年的国家环保要求的进一步的提升,消费者的消费意识的觉醒,一部分垃圾处理器企业开始重视垃圾处理器,在品质、技术创新、营销上开始发力。
二、交流垃圾处理器电机分析
交流电垃圾处理器的典型的代表是美国的爱适易,其也是垃圾处理的发明者,在美国有着根深蒂固的位置,占据美国约70%的市场份额。爱适易始终坚持使用交流电机,主要电机是单相交流异步感应电机,国内也有极小部分企业用交流电机。
(一) 交流垃圾处理器电机分析:
1、 单相异步电动机概念:其转子采用鼠笼型转子,它的定子都有一套工作绕组,称为主绕级,它在电动机的气隙中,只能产生正,负交变的脉振磁场,不能产生旋转磁场,因此,也就不能产生起动转矩。为了使电动机气隙中能产生旋转磁场,还需要有套辅助绕组,称为副绕组,由于副绕组产生的磁场与主绕组的磁场在电动机气隙中合成交产生旋转磁场,此时电动机交产生起动转矩,因此,电动机的转子才能够自行转动起,它的定子嵌有主相绕组和副相绕组,这两个绕组和轴线在空间成90度电角度。副相绕组一般是串入一个外加电阻经过离心开头,与主相绕组并连,并一起接入电源。当电动机起动到转速达到同步转速的75%~80%时,离心器打开,离心开关片触点断电。转子一般采用硅钢片叠压而成,转子铁芯槽内嵌鼠笼型绕组。
电容启动式:造价高,启动电流大,启动扭矩大,主要用于冷冻机,压缩机等
电容运转式:无启动装置,构造简单,工作可靠,启动转矩小,适合启停频繁的场合,可正反转;常用于电风扇、排风扇、电冰箱、洗衣机等;
电容启动-运转式:附件多,结构复杂,价格较高,启动电流大,启动转矩大,功率因数高;常用于电冰箱、水泵、小型机床等;
单相电阻分相(启动)式:启动结束后,启动绕组自动切断。常用于小型鼓风机、研磨搅拌机、小型转床等;
单相罩极式:常用于鼓风机、电唱机、仪表类。
2、 特点:
(1) 结构相对简单(比永磁直流要复杂一些),运行比较可靠;
(2) 噪音小,寿命长;
(3) 启动转矩小,启动速度小,如果食物垃圾实现大量进入垃圾处理器,可能会导致卡机;
(4) 启动瞬间电流大,有一定安全隐患;
(5) 转速和频率有关,转速较低一般最高1600转。
(二) 交流垃圾处理器的其他核心配件
和直流电机的基本是一样的,应该说直流电机垃圾处理器是在交流机上延伸出来的,同样是来自美国,所以在机器的构造上基本是一致的,只是细节上有些区别。
(三) 交流机在在国内的发展:
在国际上交流机的知名企业只有爱适易一家,爱适易也占据着美国的市场,没有像直流机一样形成竞争的格局。爱适易进入中国后在中国江苏设立了一个工厂,没有找代工工厂,2015年由于多方面的原因,爱适易关闭了中国的制造工厂,但是营销还在开展。所以国内企业生产交流机没有任何经验,也没有人指导培训,只能做爱适易的逆向工程开发。相对于直流机来说,交流机电机更加复杂,因此国内更少有企业涉足交流机。比较有代表性的时候厦门的尚宇,广东有一家。
三、交流机垃圾处理器和直流机垃圾处理器的区别分析:
1、 交流机研磨锤一般是采用360度无障碍旋转的,直流机一般是有卡点的;
2、 交流机的底座,一般是用铸铁或者铝合金制作,直流机是工程塑料;
3、 交流机的电机方式较复杂,一般比直流机电机模块重两倍左右;
4、 交流机因为采用金属部件多,重量一般是直流机的两倍左右,对家用水槽有较大的负担;
5、 交流机一般采用三点式的方式和水槽连接,直流机采用垂直安装系统,两者各有利弊;
6、 交流机的防溅罩是机器一体的,直流机是分离的,如果老化更换,交流机必须要请专业师傅更换,直流机只需要购买拆换即可;同时如果有异物进入到机器需要取出来时,交流机就会比较麻烦,直流机比较简单;
7、 交流机的转速一般设定在1600转,直流机转速时4000转左右,处理能力和范围上,直流机比交流机有优势。垃圾处理器的处理的工作原理是,通过电机的高速运转带动研磨盘,用研磨锤击打食物垃圾,同时形成一个离心力,把食物垃圾和研磨环相摩擦,从而把食物垃圾处理成小块垃圾随水冲走。直流机一般空载转速在4000转,负载转速在2500转左右,可以形成一个很大的离心力,研磨效率要比交流机好;
总结:抛开碳刷噪音和火花问题,直流机在使用上是优于交流机的,把碳刷和火花控制好,这就是专业的直流机的生产商的基本功底了,那直流机基本上至少可以和交流机平手。
直流电机也有无刷电机和有刷电机之分,行业目前主要使用的是永磁直流电机(石墨碳刷的永磁直流电机),直流无刷电机相对有刷电机来说,结构比较复杂,制造成本偏高,一般价格是同等品质的3-5倍。目前来说有刷电机已经可以满足垃圾处理器的设计使用,无刷电机有些能量剩余了。
随之直流无刷电机的发展,成本的下降,直流无刷电机会在一些行业取代有刷电机,直流无刷电机用在垃圾处理器上相对优势是要明显高于交流电机的。
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