CN103647383A - 一种超高能效4000瓦4极三相异步电动机 - Google Patents

Abstract

一种超高能效4000瓦4极三相异步电动机，包括定子和转子，由于将定子和转子的外径、内径、铁心长度和冲片槽的数量、槽形和尺寸进行了系统性的优化设计，使得定子绕组损耗、转子绕组损耗和铁心损耗大大降低；在输出功率同为4000瓦的前提下，本发明与现有同类产品相比，能源总损耗量从713.3W降到了440.3W，减少了38.3%，所需要的输入功率从原来的4.713kW降到了4.440kW，能量转换效率从84.9%提高到了90.1%，提高了5.2%；与最新国家标准《GB18613-2012》并将于2016年9月强制执行的标准88.6%相比，超过了1.5%，大大提高了能源转换效率；本发明的应用和推广，将为我国节能减排工作提供有力支持。

Description

一种超高能效4000瓦4极三相异步电动机

技术领域

本发明涉及一种电动机，特别是一种超高能效4000瓦4极三相异步电动机。

背景技术

节能减排在当今世界是一个无法回避的话题，影响着人类的生存环境和世界经济的发展。作为节能减排重点的工业领域。其中，电机系统节能潜力巨大，用电量约占全国用电量的60%，引起各方关注。电动机自问世至今已经有近二百年历史，三相异步电动机也有一百多年历史，目前广泛地应用于各工、农、林、牧业等各行各业，以及生活的各个领域，已成为工业生产和人民生活中的必需设备，但同时也成为了生产和生活中耗能最大的电器设备，于是如何使电动机节能环保就成为了人们面前的重要课题。我国是亚洲第一大电力消耗国，也是世界上目前缺电最为严重的发展中国家，从1992年起我国的年发电量和用电量均居世界第二位，我国的能源短缺大多是因为能源浪费和利用不当所造成，因此，电动机能源效率水平的提高对于我国能源节约、环境保护以及促进经济发展具有重要意义。

国家政府提出了到2020年国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%的目标。并于2007年7月1日起正式实施 《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》(GB 18613-2006)（即IE2高效电机）国家标准的颁布实施，规定自2011年7月1日起，凡是能效标准达不到国标强制要求的产品将不能继续生产、销售。 2012年9月1日又颁布了新标准《GB18613-2012中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》（IE3超高效电机）规定2016年9月1日起中小型异步电机实施新标国家二级，凡是能效标准达不到国标强制要求的产品将不能继续生产、销售。

根据调查，我国IE1等级的电动机使用量仍然占总使用量的85%以上，而IE2以上的高效节能电动机使用比例只占总使用量的11%，能够达到IE3等级的超高效节能电动机的使用更是凤毛麟角；这种状况对整个社会资源产生了极大的浪费，是发展低碳经济的严重阻力，所以，研究开发高效电动机是提高能源利用率的重要措施之一，符合我国和世界经济发展的需要。

目前市场上使用的4000瓦4极三相异步电动机绝大部分是IE1等级的，其能量转换效率为83.1%，也有少量IE2等级的，其能量转换效率上升到了86.6%，但其节能效果仍然无法满足当前发展低碳经济的需要；为此，申请人研发并于去年申请了专利“201210257408.8超高效4000瓦4极三相异步电动机”，该电动机能效能够达到90.0%，并已投入生产试验。

发明内容

在本公司生产的前述超高效电动机的试用中，我们发现，初期能够使电动机能效保持良好的发挥效果，但连续使用时间过长后，温升控制不稳定，有时会影响其能效的继续发挥。

本发明所要解决的技术问题是针对现有普遍使用的电动机能效较低而新产生的超高效电动机能效发挥不稳定的问题，提供一种对4000瓦4极三相异步电动机的定转子及其铁心、冲片槽及其尺寸进行优化设计的技术方案，通过综合降低其运行损耗和温升，来达到在确保输出功率为4000瓦的前提下，更大限度地降低输入功率且保持稳定的发挥作用。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种超高能效4000瓦4极三相异步电动机，包括定子和转子，定子包括定子铁心及定子冲片，转子包括转子铁心及转子冲片，其特征在于所述定子铁芯的定子外径为19.00cm，定子内径为11.90cm，定子铁芯长度为15.00cm；所述定子冲片包括由定子冲片槽、定子冲片散热槽和定子扣片槽联合构成的冲片结构体；所述定子冲片槽的数量为36个且呈环状均匀分布，其槽形为斜肩圆底槽，其中槽口宽度为3.00mm，槽口高度为0.80mm，槽上部深为12.55mm，槽肩宽度为5.62mm，槽肩高度为1.20mm，槽底半径为3.90mm；所述定子冲片散热槽的数量为36个且呈环状均匀分布，其槽形是边长为2.2mm的等边三角形槽，位于定子外径圆周线与定子冲片槽槽底外切圆周线之间，该三角形的底边与定子外径圆周线更接近，也就是该三角形的底边朝向定子外径圆周线，三角形的中心线与定子冲片槽两槽的槽间中心线重合，三角形的重心与定子冲片槽两槽的槽间中心线被定子外径圆周线和定子冲片槽槽底外切圆周线所截出的线段的中心点重合；所述定子扣片槽还带有凹槽，定子扣片槽中心线经过凹槽的边线从定子冲片槽的两槽中心穿过；所述的转子铁芯的转子外径为11.84cm，转子内径为3.20cm，转子铁心长度为15.00cm；所述的转子冲片包括由转子冲片槽和转子冲片散热槽联合构成的冲片结构体；所述转子冲片槽的数量为42个且呈环状均匀分布，其槽形为圆闭顶圆底槽，其中槽口宽度为0.00mm，槽口高度为0.60mm，槽上部深为12.00mm，槽顶半径为3.00mm，槽底半径为1.657mm；所述转子冲片散热槽的数量为42个且呈环状均匀分布，其槽形是边长为1.5mm的等边三角形槽，位于转子冲片槽的两槽之间，该三角形的底边与转子内径圆周线更接近，也就是该三角形的底边朝向转子内径圆周线，三角形的中心线与转子冲片槽两槽的槽间中心线重合，三角形的顶点与转子冲片槽两槽的槽间中心线和转子冲片槽槽底外切圆周线的交叉点重合。

在定子冲片上增设散热槽，并将散热槽和冲片槽、扣片槽有机结合，可以使定子铁芯更好的散热，还能够调整磁密，降低温升，减少能耗和电磁振动；同样，在转子冲片上增设散热槽，并将散热槽和冲片槽有机结合，可以使转子铁芯更好的散热，也能够调整磁密，降低温升，减少能耗和电磁振动；新式定转子铁芯及其冲片结构体的配合，可以更好更稳定地降低电动机的各种损耗，持续稳定地降低输入功率。

一种超高能效4000瓦4极三相异步电动机，还包括风罩，其特征在于风罩上的通风口是由片状网栅构成的网架式导流通风口。

即将现有的风罩上构成通风口的圆条形丝状网栅，更改为扁条形片状网栅。因为空气流通进入电机内部时，不可避免地会有部分气流撞击到电机的内部机构，这部分气流就会回旋，回旋的气流会撞击到后续到来的气流，形成风阻，会降低散热效果，现有的丝状网栅因为是圆条形的，气流回旋时，不会对其起到导流作用，采用片状网栅后，因为是扁条形的，气流回旋时，片状网栅有一定的阻挡面积，能够阻止其不以回旋状的方向继续撞击后续气流，对回旋气流起到引导作用，减少对后续气流的阻击面，从而使气流更加畅通，提高散热效果。

本发明的有益效果是由于将定转子铁芯的尺寸、定转子冲片的结构及其尺寸进行了系统性的优化合理设计，使得定子绕组损耗只有179.7W，转子绕组损耗只有132.8W，铁心损耗只有23.3W，包括杂散损耗77.4W，机械损耗27.1W，其能源总损耗量仅有440.3W，而现有的4000瓦4极三相异步电动机定子绕组损耗有313.7W，转子绕组损耗有192.7W，铁心损耗有105.8W，包括杂散损耗80.0W，机械损耗21.1W，其能源总损耗量有713.3W，本发明所需要的能源损耗量减少了38.3%，大大节约了能源；在输出功率同为4000瓦的前提下，现有同类产品需要的输入功率为4.713kW，能源转换效率为84.9%，而本发明所需的输入功率仅为4.440kW，能源转换效率达90.1%，提高了5.2%，与最新颁布的国家标准《GB18613-2012中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》（IE3超高效电机）并规定将于2016年9月1日起强制执行的新标国家二级标准对4000瓦4极三相异步电动机的能效标准要求88.6%相比，本发明超过了1.5%，大大提高了能源转换效率；并可在较低输入功率的状态下持续稳定的工作，本发明的应用和推广，将为我国节能减排工作提供有力帮助。

附图说明

图1为本发明中定转子结构示意图。

图2为本发明中定子冲片槽结构示意图。

图3为本发明中定子冲片散热槽结构示意图。

图4为本发明中转子冲片槽结构示意图。

图5为本发明中转子冲片散热槽结构示意图。

图6为本发明中风罩及其通风口的结构示意图。

图7为本发明中构成通风口的片状网栅的立体结构示意图。

图中：1.定子冲片，2.转子冲片，3.定子铁心，4.定子扣片槽，5.定子冲片散热槽，6.定子冲片槽，7.转子冲片槽，8.转子冲片散热槽，9.转子铁心，10.风罩，11.定子外径，12.定子内径，41.凹槽，42.定子扣片槽中心线，51.三角形的中心线或定子冲片槽两槽的槽间中心线，52.定子外径周线，53.定子冲片槽槽底外切圆周线，61.槽口宽度，62.槽口高度，63.槽上部深，64.槽肩宽度，65.槽肩高度， 66.槽底半径，21.转子外径，22.转子内径，71.槽口宽度，72.槽口高度， 73.槽上部深，74.槽顶半径，75.槽底半径，81.转子内径圆周线，82.三角形的中心线或转子冲片槽两槽的槽间中心线，83.转子冲片槽槽底外切圆周线，101.通风口，102片状网栅。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

如图所示，本发明包括定子和转子两个核心部分，基本材料、结构和制作方法与普通4000瓦4极三相异步电动机相同，不同的地方是将定子铁芯3的定子外径11做成19.0cm，定子内径12做成11.9cm，定子铁芯3的长度做成15.00cm；在定子冲片1上增设定子冲片散热槽5，与定子冲片槽6和定子扣片槽4联合构成冲片结构体；将其中的定子冲片槽6的数量做成36个且呈环状均匀分布，将其槽形做成斜肩圆底槽，其中槽口宽度61做成3.00mm，槽口高度62做成0.80mm，槽上部深63做成12.55mm，槽肩宽度64做成5.62mm，槽肩高度65做成1.20mm，槽底半径66做成3.90mm；将其中的定子冲片散热槽5的数量做成36个且呈环状均匀分布，其槽形是边长为2.2mm的等边三角形槽，位于定子外径圆周线52与定子冲片槽槽底外切圆周线53之间，该三角形的底边与定子外径圆周线52更接近，也就是该三角形的底边朝向定子外径圆周线52，三角形的中心线51与定子冲片槽两槽的槽间中心线51重合，三角形的重心与定子冲片槽两槽的槽间中心线51被定子外径圆周线52和定子冲片槽槽底外切圆周线53所截出的线段的中心点重合；将其中定子扣片槽4内再设一个凹槽41，使定子扣片槽中心线42经过凹槽41的边线从定子冲片槽6的两槽中心穿过；将转子铁芯9的转子外径21做成11.84cm，转子内径22做成3.20cm，转子铁心9的长度做成15.00cm，在转子冲片2上增设转子冲片散热槽8，与转子冲片槽7联合构成的冲片结构体；将其中的转子冲片槽7的数量做成42个且呈环状均匀分布，将其槽形做成圆闭顶圆底槽，其中槽口宽度71做成0.00mm，槽口高度72做成0.60mm，槽上部深73做成12.00mm，槽顶半径74做成3.00mm，槽底半径75做成1.657mm；将其中的转子冲片散热槽8的数量做成42个且呈环状均匀分布，其槽形是边长为1.5mm的等边三角形槽，位于转子冲片槽7的两槽之间，该三角形的底边与转子内径圆周线81更接近，也就是该三角形的底边朝向转子内径圆周线81，三角形的中心线82与转子冲片槽两槽的槽间中心线82重合，三角形的顶点与转子冲片槽两槽的槽间中心线82和转子冲片槽槽底外切圆周线83的交叉点重合；其它方面采用铸铝转子及50W470冲片材料按照普通方法做成4000瓦4极三相异步电动机，即完成本发明超高能效4000瓦4极三相异步电动机的制作。

另外，还可将上述做成的超高能效4000瓦4极三相异步电动机的风罩做成通风口是由片状网栅构成的网架式导流通风口，即将现有的通风口上的圆丝条状网栅做成扁片条状网栅。

将本发明与传统的4000瓦4极三相异步电动机即现有通用的Y2-112M型4000瓦4极三相异步电动机相比较，按照GB/T1032中的B法-测量输入-输出功率的损耗分析法测量，得出对比差异如下。

现有的Y2-112M型4000瓦4极三相异步电动机的定子外径为17.5cm，定子内径为11.0cm，定子铁心长度为12.0cm，定子冲片槽的槽形为斜肩圆底槽，槽数为36个，槽口宽度为3.20mm，槽口高度为0.80mm，槽上部深为12.36mm，槽肩宽度为5.10mm，槽肩高度为0.54mm，槽底半径为3.65mm，定子冲片上没有散热槽，定子扣片槽中心线经过槽口中间；其转子外径为10.94cm，转子内径为3.80cm，转子铁心长度为12.0cm，转子冲片槽的槽形为梯形槽，其槽数为28槽，其槽口宽度为1.00mm，槽口高度为0.85mm，槽上部深为16.15mm，槽肩宽度为5.70mm，槽肩高度为1.35mm，槽底宽度为2.00mm。

经测量，该电动机的定子绕组损耗有313.7W，转子绕组损耗有192.7W，铁心损耗有105.8W，杂散损耗有80.0W，机械损耗为21.1W，能源总损耗量有713.3W，输入功率需要4.713kW，能效只有84.9%。

而本发明的电动机的定子绕组损耗仅有179.7W，转子绕组损耗仅有132.8W，铁心损耗仅有23.3W，杂散损耗仅有77.4W，机械损耗仅27.1W，能源总损耗量仅有440.3W，输入功率仅需要4.440kW，能效达到了90.1%。

从测量结果可以看出，本发明与现有通用的Y2-112M型4000瓦4极三相异步电动机相比，能源总损耗量从713.3W降到了440.3W，减少了38.3%，所需要的输入功率从原来的4.713kW降到了4.440kW，能量转换效率从84.9%提高到了90.1%，提高了5.2%；与最新颁布的国家标准《GB18613-2012中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》（IE3超高效电机）并规定将于2016年9月1日起强制执行的新标国家二级标准对4000瓦4极三相异步电动机的能效标准要求88.6%相比，本发明超过了1.5%，大大提高了能源转换效率；并可在较低输入功率的状态下持续稳定的工作，本发明的应用和推广，将为我国节能减排工作提供有力支持。

Claims (2)

1.一种超高能效4000瓦4极三相异步电动机，包括定子和转子，定子包括定子铁心（3）及定子冲片（1），转子包括转子铁心（9）及转子冲片（2），其特征在于：

所述定子铁芯（3）的定子外径（11）为19.00cm，定子内径（12）为11.9cm，定子铁芯（3）的长度为15.00cm；

所述定子冲片（1）包括由定子冲片槽（6）、定子冲片散热槽（5）和定子扣片槽（4）联合构成的冲片结构体；

所述定子冲片槽（6）的数量为36个且呈环状均匀分布，其槽形为斜肩圆底槽，其中槽口宽度（61）为3.00mm，槽口高度（62）为0.80mm，槽上部深（63）为12.55mm，槽肩宽度（64）为5.62mm，槽肩高度（65）为1.20mm，槽底半径（66）为3.90mm；

所述定子冲片散热槽（5）的数量为36个且呈环状均匀分布，其槽形是边长为2.2mm的等边三角形槽，位于定子外径圆周线（52）与定子冲片槽槽底外切圆周线（53）之间，该三角形的底边朝向定子外径圆周线（52），三角形的中心线（51）与定子冲片槽两槽的槽间中心线（51）重合，三角形的重心与定子冲片槽两槽的槽间中心线（51）被定子外径圆周线（52）和定子冲片槽槽底外切圆周线（53）所截出的线段的中心点重合；

所述定子扣片槽（4）还带有凹槽（41），定子扣片槽中心线（42）经过凹槽（41）的边线从定子冲片槽（6）的两槽中心穿过；

所述的转子铁芯（9）的转子外径（21）为11.84cm，转子内径（22）为3.20cm，转子铁心（9）的长度为15.00cm；

所述的转子冲片（2）包括由转子冲片槽（7）和转子冲片散热槽（8）联合构成的冲片结构体；

所述转子冲片槽（7）的数量为42个且呈环状均匀分布，其槽形为圆闭顶圆底槽，其中槽口宽度（71）为0.00mm，槽口高度（72）为0.60mm，槽上部深（73）为12.00mm，槽顶半径（74）为3.00mm，槽底半径（75）为1.657mm；

所述转子冲片散热槽（8）的数量为42个且呈环状均匀分布，其槽形是边长为1.5mm的等边三角形槽，位于转子冲片槽（7）的两槽之间，该三角形的底边朝向转子内径圆周线（81），三角形的中心线（82）与转子冲片槽两槽的槽间中心线（82）重合，三角形的顶点与转子冲片槽两槽的槽间中心线（82）和转子冲片槽槽底外切圆周线（83）的交叉点重合。

2.根据权利要求1所述的超高能效4000瓦4极三相异步电动机，还包括风罩（10），其特征在于风罩（10）上的通风口（101）是由片状网栅（102）构成的网架式导流通风口。

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