家用电器中电机轴易触及的塑封电机安全要求

陈露露 万行沛

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

部分家用电器是Ⅱ类器具或含Ⅱ类结构，因一些功能性特殊设计原因，内部的塑封电机轴设计为易触及部件，塑封电机通常没有接地措施。而此类易触及部件需满足相应标准要求双重绝缘或加强绝缘的防护。本文主要结合家用电器安全标准IEC 60335-1《家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求》，针对使用于Ⅱ类器具或Ⅱ类结构中的无接地措施塑封电机内部设计进行防触电防护分析，供相关设计人员做参考。

1 塑封电机

塑封电机工作时是通过电磁感应来实现电能的转换或传递的。电机按工作电源可以分为交流电机和直流电机。从电机结构看，有金属壳结构的电机和塑封结构的电机。常见普通电机是金属壳体的，塑封电机是非金属材料壳体的。塑封电机具有体积小，重量轻、噪声低、振动小、绝缘性能好、耐腐蚀、耐潮湿、耐高温、节能等特点。因此，塑封电机在家用电器中获得了广泛的应用。

塑封电机由塑封定子、转子、轴、端盖、电机主板等组成。定子部分由定子铁芯、绕组、骨架、机壳（塑封料）等组成。定子铁芯采用硅钢片重叠而成，电磁性优良。定子绕组常规材料是包有耐温绝缘漆的漆包线。骨架在铁芯和漆包线之间起绝缘作用。BMC是Bulk molding compounds英文缩写，团状模塑料。塑封电机采用BMC对电机进行封装，绝缘性和阻燃性很好。

2 标准要求

家用和类似用途电器的安全标准为IEC 60335-1，相关定义和要求如下文。

2.1 相关绝缘概念

基本绝缘：对带电部件只提供基本防护的单一绝缘。

附加绝缘：在基本绝缘外，额外增加的另一层绝缘，基本绝缘失效后能够继续提供绝缘防护的独立绝缘。

双重绝缘：由两层绝缘组成，非单一性绝缘防护，一般由基本绝缘和附加绝缘组成。

加强绝缘：是单一性绝缘，其绝缘性能达到双重绝缘的防护效果。

2.2 相关要求

对于家用电器中的Ⅱ类器具和Ⅱ类结构，易触及带电部件必须有足够的绝缘防护，可以通过双重或加强绝缘隔开。

用户对家用电器功能需求多样化，一些设计中，家用电器内部的塑封电机轴为易触及部件。而没有接地措施的塑封电机，应从Ⅱ类结构方面，考虑电机轴和带电部件之间是否满足双重绝缘或者加强绝缘要求。可通过IEC 60335-1条款29.3进行确认，即可通过条款29.3.1或者29.3.2或者29.3.3和29.3.4来确认其防护是否满足要求。

附加绝缘厚度要求≥1 mm；如果附加绝缘厚度＜1 mm，必须通过29.3.2或29.3.3的测试，验证其绝缘符合性。

对于加强绝缘，厚度要求≥2 mm；如果加强绝缘厚度＜2 mm，也同样必须通过29.3.2或29.3.3的测试，验证其绝缘符合性。

如果附加绝缘厚度＜1 mm，加强绝缘厚度＜2 mm，还要通过21.2刮蹭实验来验证其机械强度。

同时要注意，如果加强绝缘是单层的，评估是否满足29.3.3之前，必须先评估是否满足29.3.4表19最低厚度要求。

3 塑封电机常见设计和建议

塑封电机内部，依次是后端盖、主板、定子、转子、前端盖，没有接地措施。定子中，绕组和硅钢片通过骨架、塑封料进行隔开。电机轴和前端盖、后端盖相互接触。电机内部绕组和主板属于带电部件。所以要确认绕组和前端盖之间是否满足双重绝缘或者加强绝缘要求，确认电机主板和前端盖、后端盖之间是否满足双重绝缘或者加强绝缘要求。

3.1 绕组和前端盖之间的绝缘

图1 金属壳体电机和塑封电机

图2 塑封电机结构

图3 塑封电机内部绕组

不同的电机厂家，电机内部定子和转子设计有所不同。绕组和前端盖之间的绝缘，要确认定子和转子内部之间是否有绝缘。定子内部设计是有绝缘隔开的。有些转子设计是没有绝缘的，即电机轴和铁氧体之间没有隔开；而有些转子设计是有绝缘的，即电机轴和铁氧体之间通过橡胶等材料进行隔开。如下针对这两种常见设计展开分析。

3.1.1 转子内部没有绝缘设计，定子内部有绝缘设计

转子内部没有绝缘设计，则需评估定子内部是否满足双重绝缘要求或者加强绝缘要求。

定子内部，绕组和硅钢片通过骨架、塑封料进行隔开。骨架嵌套在硅钢片中间，绕组绕在骨架上，其余的缝隙由塑封料填充。所以绕组是分别通过骨架、塑封料和硅钢片隔开的；而不是骨架隔开一次，塑封料再隔开一次，形成双重绝缘。由于内部空间受限，目前电机厂家通常使用单层骨架隔开，所以单层骨架需满足条款29.3加强绝缘要求，填充的塑封料也需满足条款29.3加强绝缘要求。

先确认单层骨架、填充塑封料是否都分别符合条款29.3.1最低厚度2 mm要求；如果不符合2 mm，则进一步确认是否符合条款29.3.4表19最低厚度要求，符合的情况下进行条款29.3.3干热试验和电气强度试验。上述2种情况，满足其一即可，则单层骨架和填充的塑封料都满足加强绝缘要求，那么绕组和前端盖之间的就满足加强绝缘要求。

3.1.2 转子内部有绝缘设计，定子内部也有绝缘设计

转子内部有绝缘设计，电机轴和铁氧体之间通过橡胶等材料进行隔开，可以先需考虑是否满足双重绝缘要求或者加强绝缘要求。

如图4转子内部橡胶满足条款29.3加强绝缘要求，即绕组和前端盖之间就满足加强绝缘要求，无需再考虑定子内部绝缘。橡胶是单层的，先看是否符合条款29.3.1最低厚度2 mm要求；如果不符合2 mm，确认是否符合条款29.3.4表19最低厚度要求，符合的情况下进行条款29.3.3干热试验和电气强度试验。上述2种情况，满足其一，则橡胶满足加强绝缘要求，那么绕组和前端盖之间的就满足加强绝缘要求。

如果转子内部橡胶不满足条款29.3加强绝缘要求，但是满足附加绝缘要求，则可以进行下一步评估。定子内部，绕组和硅钢片通过骨架进行隔开，符合基本绝缘要求。从这个角度考虑，绕组和前端盖之间满足双重绝缘要求。

如果转子内部橡胶不满足条款29.3加强绝缘要求，也不满足附加绝缘要求，则需考虑定子内部是否满足双重绝缘要求或加强绝缘要求。可以参考如上3.1.1的评估。

3.2 电机主板和后端盖之间的绝缘

不同的电机厂家，电机主板设计和安装方式有所不同。有些厂家设计电机主板塑封在内部，电机主板和后端盖之间由塑封料隔开。有些厂家设计电机主板是通过隔电环和后端盖隔开。如下针对这两种常见设计展开分析。

3.2.1 电机主板塑封在内部，通过塑封料和后端盖隔开

电机主板塑封在内部，通过单一层的塑封料和后端盖隔开。则需评估该层塑封料是否满足加强绝缘要求，即确认是否满足条款29.3.1或者29.3.3和29.3.4加强绝缘的要求。

3.2.2 电机主板通过隔电环和后端盖隔开

电机主板通过隔电环和后端盖隔开（见图3），由于隔电环边缘没有完全覆盖主板, 隔电环边缘和塑封料圆环之间有空隙,所以除了评估隔电环是否满足双重绝缘或加强绝缘要求，还需评估主板边缘和后端盖之间的电气间隙和爬电距离是否满足双重绝缘或加强绝缘要求。

图4 转子绝缘设计

3.2.2.1 确认隔电环

单个隔电环通过条款29.3.1或29.3.3和29.3.4确定其是否满足加强绝缘要求。如果单个隔电环不满足加强绝缘要求，可以再增加一个隔电环，即第一个隔电环作为基本绝缘，第二个隔电环作为附加绝缘，构成双重绝缘。2个隔电环的设计，隔电环需满足条款29.3.1或29.3.3附加绝缘要求。

3.2.2.2 确认主板边缘和后端盖之间的电气间隙和爬电距离

电气间隙是两个导体之间最短的空间距离，或者是导体和易触及部位之间最短的空间距离。这个距离是沿着空间进行测量的。如果主板边缘电路也被隔电环覆盖，固定主板的焊接插片引脚通过打胶或者其他方式覆盖，则不用考虑电气间隙。否则需测量主板边缘电路、焊接插片引脚和后端盖之间的电气间隙是否满足条款29.1加强绝缘的要求。标准中表16是最小电气间隙的基本要求，基本绝缘是根据规定的脉冲电压查表得出相应最低限值，而加强绝缘则是采用下一个额定脉冲电压值对应的电气间隙数值。

爬电距离是两个导体之间最短的表面距离，或者是导体和易触及部位之间最短的表面距离。这个距离是沿着表面进行测量的，而不是沿着空间进行测量。所以，主板边缘和后端盖之间爬电距离是两者之间沿着塑封料圆环壁测量的最短路径，即测量主板边缘电路、焊接插片引脚和后端盖之间的最小爬电距离。标准中表17是用于查询爬电距离要求的，基本绝缘根据工作电压、污染等级、材料组可得出，加强绝缘则至少是基本绝缘的两倍数值。爬电距离的值与材料组有关，而材料组与相对漏电起痕指数（CTI）值有关。材料组分4类：材料组Ⅰ、材料组Ⅱ、材料组Ⅲa、材料组Ⅲb。随着CTI值升高，落在不同的材料组，爬电距离要求降低。所以，如果塑封料圆环壁CTI值达到600，爬电距离相对要求会较低。因电机内部结构受限，空间较小，通常会选用CTI值较高的材料，可以优化设计。

3.3 电机主板和前端盖之间的绝缘

电机主板和绕组相连。从这个角度考虑，电机主板和前端盖之间的绝缘，与绕组和前端盖之间的绝缘要求是相同的，考虑上述3.1是否满足双重绝缘或者加强绝缘要求即可。

但是，有些厂家设计电机时，考虑到EMC和电机轴承寿命等原因，可能会在前端盖、后端盖和主板之间设计单个Y电容连接。这种情况可以考虑电机主板通过条款8.1.4和22.42要求的保护阻抗与前端盖、后端盖进行隔开，以满足绝缘要求。但电机内部空间较小，主板元器件排布紧凑，并且考虑成本等各种问题，设计方面可能比较难满足绝缘要求,这种情况可以考虑电机设计接地措施。所以在设计此类电机时既要考虑EMC和电机轴承寿命等原因，也要考虑安全要求。

4 总结

目前，用户对于家用电器的需求越来越多样化，家用电器安全问题也一直是电器设计的重要考虑部分。本文结合IEC 60335-1分析了因家用电器结构设计原因，电机轴易触及的无接地措施的塑封电机内部设计的安全要求，以供设计人员开发家用电器和塑封电机做参考。