專利名稱：一種能夠避免轉(zhuǎn)子斜槽的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能夠避免轉(zhuǎn)子斜槽的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)中小型鼠籠式異步電機(jī)設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子通常采用斜槽結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子斜槽能夠有效削弱齒諧波磁場所產(chǎn)生的諧波電動(dòng)勢，從而削弱由這些諧波磁場引起的附加轉(zhuǎn)矩，改善起動(dòng)性能，并降低電磁噪聲。然而，在轉(zhuǎn)子斜槽時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿軸向斜過一個(gè)角度，導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部磁場與直槽時(shí)相比發(fā)生明顯變化并影響損耗，這使得斜槽也成為影響電機(jī)損耗的一個(gè)重要因素。對(duì)于轉(zhuǎn)子斜槽對(duì)電機(jī)損耗的影響，可主要分為以下幾方面進(jìn)行分析1)轉(zhuǎn)子斜槽時(shí)，由于轉(zhuǎn)子斜過一個(gè)角度，齒諧波在整個(gè)導(dǎo)條長度上所感應(yīng)的合成電勢大大降低，因此斜槽可以有效削弱齒諧波磁場，使得由該部分諧波磁場在定子繞組以及轉(zhuǎn)子鼠籠導(dǎo)條產(chǎn)生的諧波電流大幅減小，達(dá)到降低諧波銅耗的目的；2)轉(zhuǎn)子斜槽時(shí)，由于轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生磁場的去磁作用，會(huì)使得電機(jī)內(nèi)部合成磁場沿軸向分布不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)沿軸向的鐵心飽和程度加大、鐵耗增加。斜槽對(duì)鐵耗的影響程度主要取決于負(fù)載大小，輕載時(shí)，轉(zhuǎn)子電流較小，轉(zhuǎn)子磁場對(duì)定子磁場的去磁作用較小， 由斜槽導(dǎo)致的鐵心軸向飽和程度變化較小；重載時(shí)，定轉(zhuǎn)子電流大幅增加，轉(zhuǎn)子磁場對(duì)定子磁場的去磁作用較大，由斜槽導(dǎo)致的鐵心軸向飽和程度增加較明顯。簡言之，隨負(fù)載增加， 鐵心沿軸向飽和程度加劇，鐵耗增加越明顯；3)在沒有槽絕緣的傳統(tǒng)鑄鋁轉(zhuǎn)子中，轉(zhuǎn)子斜槽時(shí)相鄰兩根轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間會(huì)存在感應(yīng)電勢以及橫向電流，進(jìn)而產(chǎn)生附加損耗。在中小型鼠籠異步電機(jī)中，對(duì)于一般轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不絕緣的鑄鋁轉(zhuǎn)子，橫向電流產(chǎn)生的損耗在總的附加損耗中往往占較大比例。為了降低該部分損耗，一個(gè)有效措施是對(duì)鑄鋁轉(zhuǎn)子進(jìn)行槽絕緣處理，使得轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與轉(zhuǎn)子鐵心間接觸電阻增加，但目前這種處理方法的工藝還不夠穩(wěn)定，同時(shí)還增加了電機(jī)的生產(chǎn)成本。綜合上述分析可得，如何在不影響電機(jī)起動(dòng)性能及損耗特性的前提條件下，開展能夠有效削弱諧波的技術(shù)措施研究便成為超高效電機(jī)研制的一個(gè)重要方向。因此，研究不僅能避免斜槽同時(shí)還可以有效削弱齒諧波的新型轉(zhuǎn)子沖片結(jié)構(gòu)，可為超高效電機(jī)的研制工作提供必要的技術(shù)支持；同時(shí)，由于新型轉(zhuǎn)子沖片結(jié)構(gòu)在避免了斜槽的同時(shí)并未增加電機(jī)的制造工藝難度，這對(duì)于超高效電機(jī)的推廣應(yīng)用也起到一定推動(dòng)作用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)如何避免傳統(tǒng)交流電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程中采取轉(zhuǎn)子斜槽的方式來降低由于齒諧波磁場引起的附加轉(zhuǎn)矩及噪聲的問題，提供了一種能夠避免轉(zhuǎn)子斜槽的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為轉(zhuǎn)子沖片的轉(zhuǎn)子槽采取閉口槽設(shè)計(jì)，且轉(zhuǎn)子槽槽頂距離轉(zhuǎn)子外圓的距離隨電機(jī)容量而定；[0009]轉(zhuǎn)子槽采用不均勻分布設(shè)置，且不均勻分布程度采用正弦波調(diào)制，每個(gè)轉(zhuǎn)子槽所在位置的空間位置角的確定方法通過下述公式計(jì)算Θ n = θ η0+Κ ζ ,式中，θ η為第η個(gè)轉(zhuǎn)子槽的空間位置角；θ η0為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條均勻分布時(shí)第η個(gè)轉(zhuǎn)子槽的空間位置角，可用公式θ n(1 = 2 π η/Ζ2 求解，其中4為轉(zhuǎn)子槽數(shù)；K為轉(zhuǎn)子槽空間位置角的調(diào)制系數(shù)，取值范圍為0 0. 03 ；ζ為利用正弦波調(diào)制所得的角度，可用公式ζ = 8 η(2πηε/Ζ2)求解，其中ε 為正弦波系數(shù)，取值為0 4;轉(zhuǎn)子槽應(yīng)與定子槽近槽配合，轉(zhuǎn)子槽數(shù)\與定子槽數(shù)\之間滿足 > 0. QZ10當(dāng)電機(jī)容量為0. 55kW 315kW時(shí)，所述轉(zhuǎn)子槽槽頂距離轉(zhuǎn)子外圓距離的取值范圍為 Imm 3mm。當(dāng)電機(jī)容量為0. 55kff 315kW時(shí)，所述轉(zhuǎn)子沖片的直徑增加0. 04mm 1mm，即使電機(jī)氣隙相應(yīng)的減小，以確保電機(jī)原有的起動(dòng)及運(yùn)行性能維持不變。本實(shí)用新型的有益效果為(1)采用本實(shí)用新型所提供的轉(zhuǎn)子沖片，由于避免了轉(zhuǎn)子斜槽結(jié)構(gòu)，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間的橫向電流可大幅減低，進(jìn)而使得由該部分電流產(chǎn)生的附加損耗明顯降低，提高了電機(jī)的運(yùn)行效率，獲得較明顯節(jié)能效果。(2)采用本實(shí)用新型所提供的轉(zhuǎn)子沖片，并未增加電機(jī)制造加工工藝難度，不會(huì)額外增加生產(chǎn)成本，對(duì)超高效電機(jī)推廣應(yīng)用具有一定推動(dòng)作用。(3)與普通直槽電機(jī)相比，本實(shí)用新型在避免斜槽的情況下仍可有效削弱齒諧波磁場，并未對(duì)電機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的產(chǎn)生的額外的噪聲污染。(4)本實(shí)用新型提出的閉口槽設(shè)計(jì)及空間位置角的計(jì)算內(nèi)容，不僅適用于 0. 55kff 315kW的中小型異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)于大型異步電機(jī)以及自起動(dòng)稀土永磁電動(dòng)機(jī)等交流電動(dòng)機(jī)也可以采用本實(shí)用新型所述方法對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子沖片結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到削弱齒諧波的目的。

圖1為本實(shí)用新型中所提出的轉(zhuǎn)子沖片示意圖，在此以5. 5kff電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片為例；圖2為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片的轉(zhuǎn)子槽形結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)原有的轉(zhuǎn)子沖片示意圖；圖4為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片的轉(zhuǎn)子槽形結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(a)為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子直槽時(shí)，電機(jī)A相繞組空載相電流波形；圖5(b)為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子直槽時(shí)，采用轉(zhuǎn)子槽不均勻、閉口槽兩種措施時(shí)(定轉(zhuǎn)子槽數(shù)仍為36/3 ，電機(jī)A相繞組空載相電流波形；圖5(c)為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子直槽時(shí)，采用轉(zhuǎn)子槽不均勻、閉口槽、合適的氣隙長度(0.35mm)以及近槽槽配合(定轉(zhuǎn)子槽數(shù)仍為36/3 四種技術(shù)措施時(shí)，電機(jī)A相繞組空載相電流波形與電機(jī)轉(zhuǎn)子斜槽時(shí)的A相繞組空載相電流波形的對(duì)比曲線；圖6為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)采用本實(shí)用新型中的轉(zhuǎn)子沖片后，與電機(jī)采用斜槽轉(zhuǎn)子時(shí)的A相繞組滿載相電流波形的對(duì)比曲線；圖7為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)采用本實(shí)用新型中的轉(zhuǎn)子沖片后，與電機(jī)采用斜槽轉(zhuǎn)子時(shí)的起動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線的對(duì)比情況；
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種能夠避免轉(zhuǎn)子斜槽的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片結(jié)構(gòu)，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。該轉(zhuǎn)子沖片所采用的鐵心材料與傳統(tǒng)的0. 55kff 315kW鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子沖片采用的鐵心材料相同。轉(zhuǎn)子沖片的轉(zhuǎn)子槽采取閉口槽設(shè)計(jì)，且轉(zhuǎn)子槽槽頂距離轉(zhuǎn)子外圓的距離隨電機(jī)容量而定；當(dāng)電機(jī)容量為0. 55kff 315kW時(shí)，所述轉(zhuǎn)子槽槽頂距離轉(zhuǎn)子外圓距離的取值范圍為Imm 3mm。轉(zhuǎn)子槽采用不均勻分布設(shè)置，且不均勻分布程度采用正弦波調(diào)制，每個(gè)轉(zhuǎn)子槽所在空間位置角的確定方法通過下述公式計(jì)算θ η = θ η0+Κ ζ，式中，θ η為第η個(gè)轉(zhuǎn)子槽的空間位置角；θ η0為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條均勻分布時(shí)第η個(gè)轉(zhuǎn)子槽的空間位置角，可用公式θ n(1 = 2 π η/Ζ2 求解，其中4為轉(zhuǎn)子槽數(shù)；K為轉(zhuǎn)子槽空間位置角的調(diào)制系數(shù)，取值范圍為0 0. 03 ；ζ為利用正弦波調(diào)制所得的角度，可用公式ζ = 8 η(2πηε/Ζ2)求解，其中ε 為正弦波系數(shù)，取值為0 4。轉(zhuǎn)子槽應(yīng)與定子槽近槽配合，轉(zhuǎn)子槽數(shù)\與定子槽數(shù)\之間滿足 > 0. QZ10當(dāng)電機(jī)容量為0. 55kff 315kW時(shí)，所述轉(zhuǎn)子沖片的直徑增加0. 04mm 1mm，即使電機(jī)氣隙相應(yīng)的減小，以確保電機(jī)原有的起動(dòng)及運(yùn)行性能維持不變。以上技術(shù)措施，使得電機(jī)可以在避免斜槽的情況下，達(dá)到與原來斜槽轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)相同的運(yùn)行性能，同時(shí)避免了由于斜槽轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間橫向電流產(chǎn)生的附加損耗，使電機(jī)損耗有所降低，提高了電機(jī)運(yùn)行效率。下面通過具體的實(shí)施實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明實(shí)施例一以Y132S_4、5. 5kff電機(jī)為例，現(xiàn)有的電機(jī)轉(zhuǎn)子采用斜槽結(jié)構(gòu)且導(dǎo)條均勻分布，定轉(zhuǎn)子槽數(shù)分別為36和32，氣隙長度為0. 4mm。采用本專利所述的轉(zhuǎn)子沖片后，轉(zhuǎn)子槽不均勻分布，閉口轉(zhuǎn)子槽的槽頂與轉(zhuǎn)子外圓之間的距離為0. 5mm，定轉(zhuǎn)子槽數(shù)分別為36和33，由于采用閉口槽及轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不均勻分布措施有效降低了氣隙磁密中的諧波含量，故轉(zhuǎn)子沖片直徑可適當(dāng)增加，使得氣隙長度減小，經(jīng)大量對(duì)比分析，此處將其調(diào)整為0. 35mm,即轉(zhuǎn)子沖片的直徑增加0. 1mm。以下通過附圖說明對(duì)本專利做進(jìn)一步說明。圖1和圖2所示分別為本實(shí)用新型中轉(zhuǎn)子沖片示意圖及其轉(zhuǎn)子槽形結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3和圖4所示分別為5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子采用的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子沖片示意圖及其轉(zhuǎn)子槽形結(jié)構(gòu)示意圖。對(duì)比圖1和圖3可以看出，本專利中所采用轉(zhuǎn)子沖片的轉(zhuǎn)子槽在圓周方向分布明顯不均勻；同時(shí)，由圖2和圖4可以明顯看出，本專利中采用的轉(zhuǎn)子閉口槽的基本結(jié)構(gòu)以及傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子槽形基本結(jié)構(gòu)。圖5(a)為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子直槽時(shí)(定轉(zhuǎn)子槽數(shù)仍為36/32)， A相繞組空載相電流波形，可以看出電流波形中含有明顯的齒諧波分量。圖5(b)為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子直槽時(shí)，采用轉(zhuǎn)子槽不均勻、閉口槽兩種技術(shù)措施時(shí)(定轉(zhuǎn)子槽數(shù)仍為36/3 ，電機(jī)A相繞組空載相電流波形，可以看出，與圖5(a)相比，電流波形中盡管仍含有齒諧波，但其含量明顯減小，空載相電流波形在一定程度上得到改善。圖5(c)為實(shí)施例中5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子直槽時(shí)，采用轉(zhuǎn)子槽不均勻、閉口槽、合適的氣隙長度(0.35mm)以及近槽槽配合(定轉(zhuǎn)子槽數(shù)仍為36/3 四種技術(shù)措施時(shí)， 電機(jī)A相繞組空載相電流波形與電機(jī)轉(zhuǎn)子斜槽時(shí)的A相繞組空載相電流波形的對(duì)比曲線。 可以看出采用本實(shí)用新型中所提供的技術(shù)措施后，電機(jī)在避免了斜槽的前提下，A相繞組空載相電流與電機(jī)斜槽時(shí)基本重合，從電流波形中也可明顯看出不再含有齒諧波分量。圖6為5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)采用本實(shí)用新型中的轉(zhuǎn)子沖片后，與電機(jī)采用斜槽轉(zhuǎn)子時(shí)的A相繞組空載與滿載相電流波形的對(duì)比曲線，可以看出采用本實(shí)用新型中所提供的技術(shù)措施后，電機(jī)在避免了斜槽的前提下，A相繞組滿載相電流波形與電機(jī)斜槽時(shí)的滿載相電流波形基本重合。圖7為5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)采用本實(shí)用新型中的轉(zhuǎn)子沖片后，與電機(jī)采用斜槽轉(zhuǎn)子時(shí)的起動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線的對(duì)比情況，可以看出，采用本專利中的轉(zhuǎn)子沖片后，電機(jī)的起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)曲線較平滑，最大轉(zhuǎn)矩并沒有太大差別且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)象明顯減弱。表1為5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)采用斜槽轉(zhuǎn)子時(shí)空載運(yùn)行時(shí)的損耗數(shù)據(jù)；表2為 5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)采用本實(shí)用新型中的轉(zhuǎn)子沖片后空載運(yùn)行時(shí)的損耗數(shù)據(jù)；表3為 5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)采用斜槽轉(zhuǎn)子時(shí)滿載運(yùn)行時(shí)的損耗數(shù)據(jù)；表4為5. 5kff鼠籠式異步電機(jī)采用本實(shí)用新型中的轉(zhuǎn)子沖片后滿載運(yùn)行時(shí)的損耗數(shù)據(jù)，對(duì)比表中數(shù)據(jù)可以看出，采用本專利轉(zhuǎn)子沖片后電機(jī)滿載總損耗降低約25W。需要說明的是，表1和表3中并未給出由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間橫向電流產(chǎn)生的附加損耗，但是在采用本專利后，由于轉(zhuǎn)子為直槽結(jié)構(gòu)，這將大大降低轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間由于橫向電流所引起的附加損耗，故本專利還可以進(jìn)一步降低電機(jī)的附加損耗，提高電機(jī)運(yùn)行效率。對(duì)于這臺(tái)5. 5kff電機(jī)而言，按總損耗降低30W計(jì)算，對(duì)于常年運(yùn)行的電機(jī)(以運(yùn)行8000小時(shí)計(jì))，可節(jié)省240度電，每年節(jié)省電費(fèi)120元。按20年使用壽命計(jì)算，該電機(jī)在其運(yùn)行周期內(nèi)節(jié)電4800度，節(jié)省電費(fèi)約MOO元，節(jié)電效果顯著。綜合上述空載相電流波形、滿載相電流波形、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線以及損耗幾方面的對(duì)比情況可得，采用本專利中的轉(zhuǎn)子沖片后，完全能達(dá)到電機(jī)采用斜槽轉(zhuǎn)子時(shí)的運(yùn)行性能。表1. 5. 5kff電機(jī)采用斜槽轉(zhuǎn)子時(shí)的空載損耗數(shù)據(jù)損耗來源定子銅耗(W)轉(zhuǎn)子銅耗(W)定子鐵耗(W)轉(zhuǎn)子鐵耗(W)小計(jì)(W)
權(quán)利要求1.一種能夠避免轉(zhuǎn)子斜槽的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子沖片的轉(zhuǎn)子槽采取閉口槽設(shè)計(jì)，且轉(zhuǎn)子槽槽頂距離轉(zhuǎn)子外圓的距離隨電機(jī)容量而定；轉(zhuǎn)子槽采用不均勻分布設(shè)置，且不均勻分布程度采用正弦波調(diào)制，每個(gè)轉(zhuǎn)子槽所在位置的空間位置角的確定方法通過下述公式計(jì)算θη= θηΟ+Κζ，式中，θ η為第η個(gè)轉(zhuǎn)子槽的空間位置角；Θ η0為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條均勻分布時(shí)第η個(gè)轉(zhuǎn)子槽的空間位置角，用公式θ n(l = 2 π η/Ζ2求解， 其中4為轉(zhuǎn)子槽數(shù)；K為轉(zhuǎn)子槽空間位置角的調(diào)制系數(shù)，取值范圍為0 0. 03 ；ζ為利用正弦波調(diào)制所得的角度，用公式ζ = sin(2 π η ε/Z2)求解，其中ε為正弦波系數(shù)，取值為0 4;轉(zhuǎn)子槽應(yīng)與定子槽近槽配合，轉(zhuǎn)子槽數(shù)與定子槽數(shù)\之間滿足 > 0. QZ10
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠避免轉(zhuǎn)子斜槽的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片，其特征在于，當(dāng)電機(jī)容量為0. 55kW 315kW時(shí)，所述轉(zhuǎn)子槽槽頂距離轉(zhuǎn)子外圓距離的取值范圍為 Imm 3mm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠避免轉(zhuǎn)子斜槽的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片，其特征在于，當(dāng)電機(jī)容量為0. 55kff 315kW時(shí)，所述轉(zhuǎn)子沖片的直徑增加0. 04mm 1mm。
專利摘要本實(shí)用新型屬于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能夠避免轉(zhuǎn)子斜槽的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片。轉(zhuǎn)子沖片的材料與傳統(tǒng)的0.55kw～315kw交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子沖片所用材料相同，但本實(shí)用新型所述異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片通過采用閉口槽、轉(zhuǎn)子槽不均勻分布、選擇近槽槽配合以及適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)子沖片直徑等技術(shù)措施，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在避免斜槽的前提下，達(dá)到削弱由齒諧波磁場引起的噪聲和振動(dòng)的目的；同時(shí)，由于避免了轉(zhuǎn)子斜槽，還可以大大降低轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間由于橫向電流所引起的附加損耗，提高電機(jī)運(yùn)行效率。
文檔編號(hào)H02K17/20GK201956854SQ20112008411
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者劉曉芳, 羅應(yīng)立, 趙海森 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)