CN101860097A - 一种低损耗的交流电动机定子冲片 - Google Patents
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Abstract
本发明属于交流电动机设计制造领域，特别涉及一种低损耗的交流电动机定子冲片。本发明提供的结构与传统的0.55kW～315kW交流电动机的定子冲片相似，但本发明所述低损耗的交流电动机定子冲片的定子槽口宽度是相同型号的传统交流电动机定子冲片定子槽口宽度的50-85％。这一改进使定子槽口变窄、齿顶变宽，相应地使转子铁心表面及转子齿顶区域由谐波磁场产生的附加损耗显著降低；此外，气隙系数变小、等效气隙相应变小，空载电流随之降低，满载运行时功率因数也相应提高，满载电流减小，这样，使电机铜耗与铁耗减小，获得明显节能效果。
Description
技术领域
本发明属于交流电动机设计制造领域，特别涉及一种低损耗的交流电动机定子冲片。
背景技术
交流电动机定子铁心的槽口是为了嵌线方便及嵌线后固定定子线圈。国内外0.55kW～315kW交流电机半闭口槽的槽口宽度大致从2.2mm到4.5mm，例如YX3-80-4，0.75kW电机，槽口宽度为2.2mm，YX3-335M-4，315kW其槽口宽度为4.5mm。这种结构在国内外已经沿用了数十年。一方面，随着绝缘材料技术的进步以及定子冲片质量的提高，定子绕组导线本身绝缘变薄，同样强度的绝缘纸厚度变薄，定子槽口整齐程度随着冲片模具质量提高也显著改进，这就使得采用更窄的槽口也可能放入并列的两根导线；另一方面，随着用户对能效要求的提高，超高效电机具有更强的竞争力。对电机制造厂来说，如果能够降低损耗，使普通效率电机达到高效或超高效，其销售价格就会提高。而在嵌线时由于槽口变窄使嵌线生产效率下降和对嵌线工人的技术要求将会提高，将导致制造成本略有增加，但这些对于高效电机的售价来说，仍然是合算的。
发明内容
本发明针对传统交流电动机损耗大的问题，提供了可以显著降低电动机损耗的交流电动机定子冲片。
本发明提供的结构与传统的0.55kW～315kW交流电动机的定子冲片相似，但本发明所述低损耗的交流电动机定子冲片的定子槽的槽口宽度是相同型号的传统交流电动机定子冲片的定子槽槽口宽度的50-85％，这一改进使气隙系数变小，空载电流降低，转子侧谐波磁场减弱，损耗降低，明显降低电动机的铜耗和铁耗。
所述低损耗的交流电动机定子冲片的定子槽的槽口宽度范围由原来的2.2mm-4.5mm降低至1.5mm-3.4mm。
所述低损耗的交流电动机定子冲片的定子槽槽口两侧表面的不整齐度不超过0.1mm。
所述定子冲片的定子槽内嵌装单根绝缘导线或多根并绕绝缘导线，所述单根绝缘导线外径或多根并绕绝缘导线的总外径与定子冲片槽口宽度相比，至少减小0.5mm。
本发明的有益效果为：
(1)由于定子槽的槽口变窄，所以齿顶变宽，气隙系数变小，等效气隙相应变小，空载电流也随之降低，电动机满载运行时功率因数也相应提高，满载电流减小，同时转子铁心表面及转子齿顶区域由谐波磁场产生的损耗显著降低，这样，使电动机铜耗与铁耗都明显降低，获得明显节能效果，符合社会发展的需要。
(2)在原来设计采用较粗导线且允许两根并列嵌入槽内的情况下，采用较窄的槽口后，嵌线环节生产成本虽然有所提高，但对于劳动力成本不高的制造厂商来说，高效电机的销售价格的提高能大幅度抵消制造成本的增大，因此采用窄槽口具有较好的经济价值。
(3)本发明不仅适用于0.55kW～315kW的中小型异步电动机，对于大型异步电机以及稀土永磁电动机等交流电动机也可以采用本发明所述改进手段对电机定子槽进行改造，且节能效果明显。
附图说明
图1为本发明中所提出的定子冲片示意图，在此以5.5kW电机定子冲片为例；
图2(a)和图2(b)为本发明中提出的改进定子槽型与传统槽型对照图；
图3为实施例一所计算的5.5kW异步电机分别采用传统槽型与改进槽型时，转子齿顶区域沿切向损耗密度对比结果；
图4为实施例一中5.5kW异步电机槽口为3.5mm时，转子某个齿的齿顶中间位置磁密随时间变化曲线；
图5为实施例一中5.5kW异步电机槽口为2.7mm时，转子某个齿的齿顶中间位置磁密随时间变化曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种低损耗的交流电动机定子冲片，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明提供的交流电动机定子冲片与传统的0.55kW～315kW交流电动机的定子冲片结构相似，但本发明所述低损耗的交流电动机定子冲片的定子槽的槽口宽度是相同型号的传统交流电动机定子冲片的定子槽槽口宽度的50-85％，这一改进使气隙系数变小，空载电流降低，转子侧谐波磁场减弱，损耗降低，明显降低电动机的铜耗和铁耗。同时，由于定子冲片的定子槽槽口宽度减小，定子槽内的导线线规需做相应变化，在此设计定子槽内单根绝缘导线外径或多根并绕绝缘导线总外径与定子冲片槽口宽度相比，至少减小0.5mm。
例如，对于槽口宽度2.5mm的电机，传统设计允许采用0.8mm的导线。考虑绝缘后一根导线的直径约0.85mm，在两根绝缘导线并列嵌入定子槽的情况下，共占用1.7mm的槽宽；在嵌线时槽口两侧须有绝缘纸保护导线，以防止冲片划破导线绝缘，两层绝缘纸厚度大约0.5mm，共计2.2mm；再考虑定子槽口不整齐的程度使整个定子的实际槽口宽度会比单张冲片的槽口宽度减小，所以，传统电机定子冲片槽宽比绝缘后两根导线的直径大0.8mm。
若槽口宽度从2.5mm减小为1.8mm，本发明要求定子绕组单根绝缘导线的外径与定子冲片槽口宽度相比，至少减小0.5m，所以，导线直径仍然可以选择0.8mm的，其绝缘后直径为0.85mm，比定子冲片槽口宽度也小0.85mm，满足至少要小0.5mm的要求。当然，在保证导线的截面积不变的情况下，也可以选择两根或者多根较细的导线并绕，代替原来设计的一根较粗的导线；例如，在本例中用两根0.57mm的导线并绕代替一根0.8mm的导线，就可以保证截面积不变，同时也满足绝缘后直径比定子冲片槽口宽度至少要小0.5mm的要求。
实施例一：
以Y132S-4、5.5kW电机为例，其槽口宽度为3.5mm，采用本专利后，槽口宽度由原来的3.5mm减小至2.7mm。通过分析，槽口宽度3.5mm的5.5kW电机改成2.7mm后，可以不改用较细的导线。修改过后，由于槽口宽度变小，气隙系数和等效气隙相应变小，使得功率因数大约提高一个百分点，满载电流相应减小使定子铜耗约降低10W，转子表面谐波磁场减弱使转子表面的附加铁耗从原来的24W降到大约15W，总体上看，电机总损耗降低约20W，如表1、表2和表3所示(在表1～3中，空载铁耗及满载铜耗共降低18W，进一步考虑槽口减小同时也会使负载附加损耗降低，故总损耗降低20W以上)，这相当于效率约提高0.4个百分点。图3为该5.5kW异步电机分别采用传统槽型与改进槽型时，转子齿顶区域沿切向损耗密度对比结果，从图中可以看到槽口宽度减小后，导致转子齿顶区域的损耗密度和高次谐波磁密值明显降低，损耗密度明显降低，如图4所示，转子齿顶区域损耗密度最大值由170W/kg降低到105W/kg，减小约40％；图5和图6所示为分别采用这两种槽型后，转子齿顶中间位置磁密对比，可以看出切向磁密峰峰值减小约35％，由1.8T降低至1.2T；径向磁密峰峰值减小约25％，由0.8T降低至0.6T。
对于这台电机而言，按损耗降低20W计算，对于常年运行的电机，8000小时就可节省160度电量，每年至少节省电费80元。按20年使用寿命计算，该电机在其运行周期内节电3200度，节省电费1600元。而因嵌线困难造成制造工时费用的增加可以只占年节电效益的很小一部分。
表1. 5.5kW电机槽口为3.5mm时空载铜耗和铁耗数据
表2. 5.5kW电机槽口为2.7mm时空载铜耗和铁耗数据
表3. 5.5kW电机采用不同槽口尺寸的部分满载运行数据
注：“-”表示数据低于1W，工程中可忽略。
实施例二：
选择YX3-90S-6、0.75kW电机，传统槽型的定子槽口宽度为2.8mm，本发明中将其槽口宽度减小至原来的60％，即由2.8mm改为1.7mm。该电机原来设计线规为0.75mm，改进后为确保导线截面积不变，改为两根0.53mm的导线并绕，两者损耗对比如表4和表5，改进后空载损耗可降低16％，由74W降至62W，节能效果显著。本例还可以使槽口宽度降低至原来的50％，即由2.8mm降低至1.4mm，嵌线时既可采用原有设计的0.75mm单根导线，也可采用0.53mm两根并绕，这种情况下的空载损耗数据如表6所示，损耗值由74W降至52W，节能效果更为显著。
表4. 0.75kW电机槽口为2.8mm时空载铜耗和铁耗数据
表5 0.75kW电机槽口为1.7mm时空载铜耗和铁耗数据
表6 0.75kW电机槽口为1.4mm时空载铜耗和铁耗数据
注：以上表中“-”表示数据低于1W，工程中可忽略。
实施例三：
Y225S-4、37kW电机，原来的槽口宽度为4mm，改进后槽口宽度3.4mm(为原来的85％)，原来设计线规为1.25mm，改进后仍未改进前后对电机制造耗费工时以及难度并无太大影响，这种情况下空载损耗约降低5％。
实施例四：
Y250M-6和Y280S-8，两者容量均为37kW电机，槽口宽度为3.8mm，改进后槽口宽度2.6mm(约为原来的70％)，对于Y250M-6电机，改进前后对电机制造耗费工时以及难度并无太大影响；对于Y280S-8电机，原来线规为1.3mm，改进后可以选择1.1mm，这样对制造工时及难度会略有影响，但也可带来显著节能效果，这两种情况下的空载损耗约降低7％。
Claims (2)
1.一种低损耗的交流电动机定子冲片，其结构与传统的0.55kW-315kW交流电动机的定子冲片相似，其特征在于，所述低损耗的交流电动机定子冲片的定子槽的槽口宽度是相同型号的传统交流电动机定子冲片的定子槽口宽度的50-85％，使气隙系数变小，空载电流降低，转子侧谐波磁场减弱，转子铁心表面及转子齿顶区域损耗减小，明显降低电机铜耗和铁耗。
2.根据权利要求1所述的一种低损耗的交流电动机定子冲片，其特征在于，所述定子冲片的定子槽内嵌装单根绝缘导线或多根并绕绝缘导线，所述单根绝缘导线外径或多根并绕绝缘导线的总外径与定子冲片槽口宽度相比，至少减小0.5mm。
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