浅析直流风机在冰箱上的应用

曹 云

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

目前，随着人们对生活品质要求不断提高，普通机控和电控冰箱（柜）已不能满足人们生活消费需求。适合现代人生活方式，审美需求的多种功能能冰箱（柜）越来越受到消费者的青睐，尤其是年轻人。因此，在整个创新大环境下，冰箱（柜）的各种零件也都在进行着创新，各种新技术、新工艺和新材料运用于冰箱不同组件上，使得冰箱在环保、降低噪音、保湿保鲜、物联网、变频等方面有了新的突破。在冰箱组成风扇电机方面，目前许多生产商使用直流电机代替以往的交流风机，直流风机技术变化日益更新。

电机作为许多家用电器产品的组成，广泛应用于生活和生产中。随着社会生产力的发展，人民生活水平的提高，需要不断地的开发各种新型电机来满足人民生活需要。这就需要风机不断创新，加速电机的更新换代。

1 无刷直流风机技术

1.1 基本组成结构[1]

无刷直流风机基本构成，可以分为以下几个部分：电子开关电路，永磁式同步电机和位置传感器组成。其原理框图如图1。风机的各组成部件框图如图2。

1.2 基本工作原理

图1 无刷直流风机原理框图

图2 风机的各组成部件框图

无刷直流风机的基本工作原理：定子不转动，检测转子的位置信息，通过内部控制板上驱动电路，驱动电子开关线路上功率开关元件，使电枢绕组按照一定的顺序馈电，产生步进式旋转磁场，带动永磁转子旋转。由于转子的不停转动，转子位置信号按照特定的规律变化，来改变电枢绕组的通电状态，实现无刷直流风机的能量转换。

1.3 无刷直流风机应用优势

大部分传统式的机械式的冰箱（柜），受到输入电压限制，在冰箱内或压缩机室内普遍采用交流风机循环冷气或降温；电控冰箱(柜)由于使用了控制板，可以提供稳定的直流12 V电源，大部分使用低功耗的直流风机代替以往的高功耗交流风机。直流风机是指通过输入电压直流12 V电，使风机转子转动，从而带动风机叶旋转。与交流风机相对比，它的优点如下[2]：

1）损耗小、效率高

直流风机采用了永磁体励磁，交流风机采用感应电机励磁，永磁体励磁比感应电机励磁效率高；直流风机输入是直流电，工作同步运行方式比交流风机输入交流电感应转子铁芯的转频损耗小。以上两方面提高了直流风机的效率。因为冰箱上使用的直流风机都是小功率电机，效率使用更高。

2）功率因素高

由于无刷直流风机的励磁磁场不需要电网的无功电流，因此其功率因数远高于感应风机，无刷直流风机可以运行于1功率因数，这对小功率风机极为有利。无刷风机与感应风机相比不但额定负载时具有更高的效率和功率因数，而且在轻载时更具有优势。

3）调速性能好、控制简单

与感应风机的输入不同频率下不同的调速方式相比，无刷直流风机输入频率一定，从而调速控制简单，调速性能好。

4）寿命长

无刷直流风机的使用寿命主要取决于，风机中所使用的轴承。一般轴承寿命大于10 000 h，材料好的优质轴承，风机寿命可达20 000～30 000 h以上。

5）成本低

风机的功率小（冰箱一般要求功率≤3 W），所使用的逆变器容量要求较低，一般直流风机成本与逆变器容量大小有有关，因此采用小容量的逆变器使风机成本较低。

总之，无刷直流风机将全面取代交流感应电机在空调和燃气热水器上的应用。并且，随着技术的进步直流无刷风机也会应用在，家用电器，汽车及办公设备等领域。

2 风机的应用实例

2.1 用于冰箱（柜）冷藏室

冰箱冷藏室里温度是分布不均匀的，靠近冷藏后背蒸发器位置温度最低，靠近冷藏门的位置最高。为了使冷藏室内各处冷量分布均匀，在冰箱冷藏室里安装风机，用于冷藏室里面冷量循环，使冷藏里各处温度均衡。风机工作条件：压缩机运行状态下，冷藏风机工作，压缩机停机时，冷藏风机停止工作。冷藏室选取风机时，一般选取较小功率风机（大约功率为3 W），这样不影响整个冰箱耗电量，而且又能均衡冷量。

2.2 用于冰箱（柜）压缩机室散热

风机用于压机室里用于降低冷凝器和压缩机温度，加速压机室气体流动，降低周围环境的温度以致降低冰箱整体能耗。大容积的冰箱(柜)上由于容积较大，在性能匹配上需要大COP值压缩机和较大散热效果的冷凝器；由于受技术、成本和其他条件的的约束，现有的冰箱不可能使用大面积冷凝器和很大冷量的压缩就，这就需要采用增加其他附件条件来降低能耗，提高性能。人们通过使用发现增加风机能能使压机室温度降下来，而且制冷性能增强。传统式的罩极交流风机，输入功率较大，而且效率低（输出一般只有输入的20 %～30 %）。对于今天节能减排大环境下人们所不想看到到的；而无刷直流风机使用效率较高，大部分都能达到50 %，这无形中就减少了能耗的损失，降低了整机的耗电量；无刷直流电机的出现正好适应时代的发展。对于大容积高档冰箱（柜），市场上各品牌的冰箱及家电企业已经采用此方案。

2.3 用于风冷无霜冰箱

利用冷冻室内安装直流风机让冷气强制循环式的冰箱，被用户称为风冷式冰箱，也正是行业内所说的无霜冰箱。无霜冰箱的冷冻蒸发器常用采用铝材翅片式，一般放置在冷冻室后背部靠近冷冻内胆位置，利用一只小型直流风机强制箱内冷冻室和冷藏室空气对流，以达到冷却的目的，因此在冷冻室内看不到结霜。

1）箱内干净无霜

风冷无霜冰箱内部干净清爽无结霜，在冰箱正常运行过程中，风机工作运转会带走冰箱内部中水分，箱内无多余的水分不会结霜，储存在箱内的食物不会冷冻在一起。另外，现有箱内都配套有除臭杀菌的装置，在制冷系统循环同时会过滤掉臭味等异味，使整个箱内无异味，保持其整个箱内气味清新，减少食物之间的串味，保持食物的原味。

2）温度均匀

直冷冰箱正常制冷时候，冷冻室内蒸发器散发出冷气，由于蒸发器只安装在间室的后背，其蒸发器表面和周围温度较低，周围温度性对高，箱内温度不均匀，食物可能会变质。风冷无霜冰箱通过装在蒸发器前面的直流风机进行循环箱内的冷气，从而达到箱内温度均匀。更大的保持事物的新鲜。

3）温度精确

电控冰箱的温度传感器是热敏元件，安装在间室内某个固定的位置，其检测该点的温度值。直冷电控冰箱由于间室内温度不均匀存在偏差，温度循环差，如果温度传感器被食物覆盖，传感器检测的温度可能不是间室的实际温度，就可能导致食物不新鲜。无霜冰箱由于风机工作不停循环冷气，使箱内各处温度均匀，温度传感器处的温度，就是箱内任意点的温度，精确控温，更好的保持食物新鲜。

3 结语

综上所述，由于冰箱行业不断推陈出新，这就要求内部使用的风机也要不断更新换代，目前随着直流风机行业工艺和制造技术逐渐成熟，加上人类对能源资源重视，这就为高效率、低功耗、寿命长的直流风机提供有利条件。未来节能、静音、保鲜等多种功能的冰箱对直流风机各种性能要求也会更高，这就要求直流风机也要不停的更新。