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洗衣机驱动装置的发展趋势及研发策略

作者:李牧
出处:论文网
时间:2013-11-11

摘 要:洗衣机驱动装置是洗衣机的核心驱动部件,洗衣机驱动无刷化和采用直接驱动技术已成为当今国际上的发展趋势和方向。文章介绍了我国洗衣机驱动装置产业背景和现状,归纳了产业发展趋势,提出三星机电公司的研发策略。

关键词:洗衣机驱动装置 趋势 研发策略 发展。

一、产业发展现状。

随着人们消费水平和生活质量的不断提高,对洗衣机环保、节能、智能化的要求也越来越高,这对洗衣机驱动装置也提出越来越高的要求。当前国内市场上流行的洗衣机主要有两种:波轮式和滚筒式全自动洗衣机。现有波轮式洗衣机的驱动装置常采用单向异步电机与减速离合器并排平行安装,通过传动带传递动力,实现洗涤和脱水功能。该种波轮式洗衣机的驱动装置结构不够紧凑、传动带摩损使传递扭矩不稳定,减速离合器的行星齿轮减速器和靠摩擦力实现洗涤和脱水功能转换的方丝弹簧离合机构,在工作时都会产生较大噪声。现有驱动装置存在效率低,噪音和振动大、传矩不稳定的缺点。另一方面,波轮式全自动洗衣机洗涤时衣物容易缠绕,高档织物易磨损变形。目前市场上的滚筒式全自动洗衣机的驱动装置一般采用串激电动机,与双速单相异步电动机驱动相比提高了脱水转速,衣物脱水后的含水率降低。其无极调速特性使用户可以根据不同的衣物选择不同的脱水转速。但由于串激电动机采用的是有刷结构,系统的可靠性降低了。同时在脱水时电刷与换向器的机械摩擦噪声较大,效率也较低。

二、产业发展趋势。

随着对洗衣机节水节电和静音方面的要求越来越高,变频洗衣机越来越受到市场的认可。变频洗衣机驱动装置能对水流和洗涤时间进行智能控制,在节水、节电、提高洗净度方面优势很明显。洗衣机做到节水节电,高洁净、静音的关键是对洗衣机离合器的结构改进及采用无刷直流电机进行控制与直接驱动,使输出的扭矩在高低速时都较大且变速范围宽。新西兰的 Fisher & Paykel 公司在上世纪 80 年代末推出世界上第一代采用永磁无刷直流电动机直接驱动的搅拌式洗衣机。90年代初日本三菱公司推出 8kg 直接驱动洗衣机。洗衣机驱动无刷化和采用直接驱动技术已成为当今国际上的发展趋势和方向。所谓直驱就是在动力驱动装置中取消了皮带传动机构,由电机直接驱动洗衣机波轮和脱水桶。采用直驱装置的变频洗衣机由于具有转矩大、效率高、节水节电、洗净度高、静音性好等诸多优点,以日本东芝、夏普、日立、松下等为代表的日本家电企业就采用这两种技术开发直接驱动变频洗衣机。日本东芝此种新型洗衣机在中国申请了多项专利,对其专有技术进行保护。韩国的三星电子、LG 电子公司也陆续推出了直驱式变频洗衣机。时至今日,日本的变频洗衣技术已经相当成熟,除了继续在电机及控制技术上不断完善之外,日本的变频洗衣机主要在操作人性化、美观化、安全性方面投入了很大的精力。韩国三星、LG 紧随日本之后,也在高档洗衣机上应用了直接驱动的变频技术。

三、市场前景。

近几年来,国外洗衣机生产厂家纷纷推出新型洗衣机。这些新型洗衣机的特色有:(1)采用无刷直流电机等新型电机,达到无级变速和高速洗涤;(2)采用离心瀑布水流和仿手搓水流等新水流;(3)多功能、大容量、能耗省、噪音低,洗涤效果好。在国外市场的推动下,国内著名的洗衣机厂家纷纷仿效,如:海尔集团、小天鹅、金羚、苏州三星、上海夏普等厂也正在策划推出直驱式变频洗衣机。现有采用皮带轮传动的波轮洗衣机也正逐渐被改进采用同轴驱动无刷变频电机。

四、三星机电公司技术实力。

浙江三星机电股份有限公司是国际知名洗衣机离合器专业生产企业,是国家火炬计划重点高新技术企业。公司占地面积6.2 万平方米,建筑面积 4.3 万多平方米,拥有专业技术人员 188人,高中级职称的技术人员 26 人,装备国际上先进的洗衣机离合器自动化生产线和串激电机生产线。

公司具备年产 800 万台洗衣机离合器的产能,是国际同行中规模最大的专业洗衣机离合器制造企业,产品市场占有率居国内同行业第一名。洗衣机离合器获“浙江名牌产品”称号“,SXJD”荣获“浙江省著名商标”称号。由于公司的洗衣机离合器在稳定性、可靠性相比与其他竞争对手更有优势,在国内市场已经获得广泛认可,并进入跨国公司的全球采购体系。公司已经成为韩国三星和日本夏普全球洗衣机厂离合器的独家供应商,获“韩国三星全球战略供应商代表交流会”供应商最高奖———相生协力奖。

自 2001 年以来,公司一直保持着快速、健康发展势头。公司从 2000 年开始建立企业技术中心,2002 年公司技术中心被浙江省经贸委评为“省级企业技术中心”,2006 年三星机电传动设备研发中心被浙江省科技厅认定为“省级高新技术研发中心”。公司在发展过程中,深知仅仅依靠自身的知识和技术积累在同行中获得特殊的竞争力和持续发展的资本是不够的。因此,公司一直十分重视与科研院所、高校及其它相关企事业单位的技术合作。

2009 年公司与哈尔滨工业大学合作建立了浙江省博士后科研工作站。一站两中心的建立,使公司具备了较强的新产品开发能力。

公司重视主导产品知识产权及核心技术的研发,每年投入技术开发的费用占销售收入的 3%以上,近年取得国家专利 21 项,5 个产品列入国家重点新产品和国家火炬计划计划项目。

五、三星机电公司的研发策略。

国内对直驱变频技术在洗衣机上的应用起步较晚。这一方面是由于技术门槛的限制,另一方面是变频洗衣机成本较高。随着直驱变频技术的成熟与发展,产品成本会逐步降低。消费者一旦从变频洗衣机中获益,会改变消费观念越来越接受变频洗衣机,从而促进变频产品的普及。在国家政策的引导下,环保节能成为家电行业的最重要的发展趋势。对于三星机电公司来说,如何占领技术制高点、实现变频技术在洗衣机产业的普及是摆在面前的核心课题。通过变频洗衣机驱动装置的开发,能使三星机电公司从单纯的洗衣机离合器供应商转型为系统集成供应商,提高公司产品的技术含量和在行业中的话语权,提高三星机电企业的核心竞争力。

按照三星机电公司“致力机电行业,突出三星品牌,打造以洗衣机配件为特色的中国一流、全球知名的制造业企业”的发展理念,制定了公司的研发策略。通过对环境、问题、机遇、技术发展趋势的分析,明确多种技术发展的先后次序,预测行业未来技术发展趋势,为企业及整个行业的技术投资提供依据。三星机电公司对洗衣机行业未来 5~10 年面临的经济形势以及机遇和挑战的分析后认为,洗衣机驱动装置将向产品个性化、功能多样化、控制智能化、振动和噪声低量化方向发展,对节能节水的需求将迅速增长。为在洗衣机的变频直驱技术领域建立国际竞争力,公司对市场和社会需求、产业目标及方向、技术瓶颈和研发需求进行了分析,结合自身的技术现状、优势特点,制定了适合三星机电公司实际的研发策略。

方向 1:DDM 波轮洗衣机驱动装置的研发制造。

传统异步电机驱动、皮带轮传动的波轮洗衣机被 DDM 洗衣机驱动装置同轴安装,无刷直流电机直接驱动替代的趋势明显。

近年,洗衣机行业内采用该方案将成为波轮洗衣机的主流。采用DDM 无刷直流电机驱动减速离合器实现洗涤和脱水功能,该方案技术难度相对较小,技术切换的成本较低,采用该方案相比于皮带轮传动,成本不会提高很多,但对洗衣机的洗涤性能会有较大的提高。正因为如此国内主要洗衣机生产厂家都瞄准了这一市场,海尔、小天鹅、夏普等知名企业都推出了自己的 DDM 变频洗衣机新品。洗衣机变频驱动的关键在于电机控制与驱动技术,目前国内洗衣机离合器与洗衣机电机均分别由不同厂家生产,各自送到洗衣机厂后组装。由于装配的同轴度及传动精度高,联接结构比较复杂,洗衣机整机厂对变频直驱部件的装配难以达到精密度与稳定性。业内主流厂家一直希望能有将该变频洗衣机直驱装置的电机与离合器一体化组装后交付洗衣机厂装机。

这对国内洗衣机配件供应商的集成制造能力提出非常高的要求。目前国内知名洗衣机厂商基本采用日本三洋、韩国阿莫泰克的无刷电机,但一般洗衣机电机厂缺乏离合器制造经验,难以解决接口处理问题;大部分离合器制造公司又难以解决无刷电机制造难题。三星机电公司有丰富的洗衣机离合器制造经验,对无刷电机制造也有一定的基础,加上与哈尔滨工业大学的技术合作,共同开发无刷直流电机及驱动器,变频直驱装置的电机、驱动器、离合器均由三星机电公司生产和组装到位,极大简化了洗衣机厂的装配工艺,具有较大的优势,且能整个主动占领该产品市场。通过加强技术集成能力和改进制造工艺,实现 DDM 洗衣机驱动装置向数控化、大容量、低噪音、多功能方向发展,能保持企业在洗衣机离合器领域的市场优势和赢利能力,实现洗衣机离合器的数控化和智能化。

方向 2:变频洗衣机 DD 直驱装置及其控制系统的研发。

市场上现有的变频洗衣机驱动装置一般采用两种方案。其中一种采用 DD 无刷直流电机直接驱动洗衣机实现洗涤和脱水功能,DD 无刷直流电机基本上参考新西兰 F&P、日本东芝、松下、三菱等产品基础上进行设计的,业界尚缺乏可达到商业应用层次的成套成熟技术,特别是在电机控制器领域。在电机控制器的技术稳定性、可靠性、抗干扰等方面存在问题,一些研究多停留在理论层次或实验室台面上;电机设计制造领域又面临着诸多国外专利技术的困扰,DD 直驱装置技术成本较高,仅被应用于一些高端产品上,国内市场目前容量还不是很大;DD 直驱装置适应全球低碳经济的可持续发展方向,属于电机行业前沿技术,对三星机电公司创建自主知识产权,开拓市场具有重大意义。预计会在 3~5 年后成为市场主流产品。

参考文献:

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