CN104037960A - 一种材料利用率高的充水式潜水电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料利用率高的充水式潜水电机。包括定子、转子、机壳和推力轴承；其中定子包括由定子铁心硅钢片组成的定子铁心和穿绕在定子铁心上镂空的线槽内的耐水绕组线，定子铁心硅钢片上近内圆轮廓处均布开设有线槽；所述线槽为等宽的腰形槽；线槽两侧的边为长边，与定子铁心硅钢片的外圆轮廓相邻一端为槽底，与定子铁心硅钢片的内圆轮廓相邻一端为槽口。本发明的耐水绕组线在槽内规则排列，槽满率提高到90%以上，提高了材料的利用率；使电机定转子重量下降；降低了水力磨擦损耗及导体欧姆损耗而明显提高；降低推力轴承的载荷及提高临界转速，提高整机可靠性。

Description

一种材料利用率高的充水式潜水电机

技术领域

本发明属于潜水电机技术领域，具体涉及充水式潜水电机。

背景技术

电机是由定子、转子及端盖轴承等零部件组成，其中电磁设计犹为关键。电机的定子铁心硅钢片上槽的形状与转子铁心硅钢片上槽的形状设计决定了电机的技术性能。传统的充水式潜水电机在电磁设计中定子铁心硅钢片上槽的形状均采用等齿宽的平行齿设计，定子槽形状为上大下小的梯形，见图4。这样可以使定子铁心硅钢片在一个系列中，只用一副冲槽形的模具，适用于多个功率规格，使定子铁心硅钢片在生产中的通用性好。但由于充水式潜水电机的定子绕组线采用的是带主绝缘的耐水绕组线穿入定子铁心硅钢片槽中的穿线方式，在定子铁心硅钢片槽内带主绝缘的耐水绕组线排列不规则，见图5，使绕组线截面积在槽内的占空率必须控制在70%以下，否则穿线工艺上实施困难，且易损伤耐水绕组线的绝缘层9。特别对10kV高压充水式潜水电机，由于耐水绕组线主绝缘厚度的增加，耐水绕组线中铜芯8在定子槽内的占空率仅为8～30%，铁心硅钢片利用率极差，造成原材料资源的极大浪费。随着市场对10kV高压充水式潜水电机的需求量不断增加，这种传统设计的弊端凸显。主要有以下几点：1.因耐水线中铜导体在定子铁心硅钢片的槽内的占空率低下，每千瓦功率电机制造成本高，用铜、铁等原材料资源浪费；2.因电机的定转子铁心长度长，转子转动引起的水力磨擦损耗及定子绕组的导体欧姆损耗高，相应电机的效率明显偏低；3.因电机的转子部分的重量大，电机的转动系载荷增大，降低了推力轴承运行可靠性，因此给电机的安全运行带来隐患；4.因电机的转动系载荷增大，转轴的挠度加大，轴系的临界转速下降，使电机的工作转速不能安全避开转动系的临界转速，降低整机运行的可靠性。

以上四点不仅是充水式潜水电机电磁设计的弊端，同时制约了充水式潜水电机的设计，成为充水式潜水电机大型化设计的瓶颈。

发明内容

为了减小充水式潜水电机的体积，削减充水式潜水电机每千瓦材料消耗量，降低成本，提高耐水绕组线在定子槽内的占空率是提高每千瓦材料利用率的最直接有效方法之一；故本发明提供一种材料利用率高的充水式潜水电机。

一种材料利用率高的充水式潜水电机包括定子、转子、机壳和推力轴承；其中定子包括由定子铁心硅钢片组成的定子铁心和穿绕在定子铁心上镂空的线槽内的耐水绕组线，定子铁心硅钢片上近内圆轮廓处均布开设有线槽；所述线槽为等宽的腰形槽；线槽7两侧的边为长边，与定子铁心硅钢片的外圆轮廓相邻一端为槽底，与定子铁心硅钢片的内圆轮廓相邻一端为槽口。

所述槽口和所述内圆轮廓之间的间距为1-1.5 mm。

所述线槽的宽度大于所述耐水绕组线直径0.4-0.6 mm。

所述槽口的两侧设有对称的槽肩，所述槽肩呈斜边状，槽肩的宽度b为3-5mm，角度α为30度。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.采用提高材料利用率的充水式潜水电机的定子、转子因铁心长度的减少，原材料（硅钢片、转子导条等）重量下降明显，绕组线中有效材料铜在定子槽内的占空率提高。铁心长度的减少，降低了与铁心长度成线性关系的水力磨擦损耗及定转子铜导体欧姆损耗，电机最关键的性能指标--效率明显提高；

2.本发明只需改变定子铁心硅钢片上线槽的冲压模具，不改变充水式潜水电机的原有结构，使定子铁心硅钢片的线槽内耐水绕组线排列整齐有序，提高定子槽内耐水线的占空率，槽满率提高到90%以上；提高了电机每千瓦材料利用率，减小了充水式潜水电机的体积；

3.本发明降低了推力轴承的载荷，一方面提高了推力轴承运行可靠性，另一方面提高了转动部件的临界转速，使潜水电机整机运行安全可靠性增加；

4.本发明的转动系载荷明显减小，转轴的挠度减小，轴系的临界转速上升，增强整机运行的可靠性；

5.本发明电机定转子铁心长度减短，降低了电机转动系的水力磨擦损耗及导体欧姆损耗，从而提高了充水式潜水电机的效率。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图。

图2为定子铁心硅钢片结构示意图。

图3为图2的I放大图。

图4为传统设计的定子铁心硅钢片结构示意图。

图5为图4的I放大图。

上图中序号：定子1、转子2、推力轴承3、定子铁心硅钢片4、定子铁心5、耐水绕组线6、线槽7、铜芯8、绝缘层9、外圆轮廓41、内圆轮廓42、长边43、槽底44、槽口45。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1

参见图1，1200kW、10kV的充水式潜水电机包括定子1、转子2、机壳和推力轴承3。定子1包括由定子铁心硅钢片4组成的定子铁心5和穿绕在定子铁心上镂空的线槽7内的耐水绕组线6。参见图2，定子铁心硅钢片4上近内圆轮廓42处均布开设有线槽7，线槽7为等宽的腰形槽；参见图3，线槽7两侧的边为长边43，与定子铁心硅钢片4的外圆轮廓41相邻一端为槽底44，与定子铁心硅钢片4的内圆轮廓42相邻一端为槽口45。线槽7的宽度大于耐水绕组线直径0.4 mm，槽口45和内圆轮廓42之间的间距为1mm，槽口45的两侧设有对称的槽肩，槽肩呈斜边状，槽肩的宽度b为3mm，角度α为30度。

定子铁芯的长度和转子铁芯的长度为850mm。

本发明与传统设计对比如表1：

从表1可见，本实施例1的耐水绕组线6在线槽7内规则排列，槽满率提高到90%以上，耐水线的穿线工艺有保证。耐水绕组线在定子槽中的占空率提高29%，铁心长度减小430mm，因此定、转子的硅钢片用量下降565kg，整机铜材用量减少81kg。同时铁心长度的减少，带来的显著效果是降低了水力磨擦损耗及导体欧姆损耗，因而效率明显提高了1.6个百分点。其它一些电机重要的性能指标均有所提升，功率因数提高了0.06，起动转矩倍数增加0.26，最大转矩倍数提升0.45。电机转动部分重量下降22.7%，降低推力轴承的载荷及提高临界转速，提高整机可靠性，这些在实践中已得到良好验证。

实施例2：

2000kW、10kV的充水式潜水电机结构同实施例1，只是具体结构数据有不同。

与传统设计对比如表2：

从表2可见，本实施例2的耐水绕组线6在线槽7内规则排列，槽满率提高到90%以上，耐水线的穿线工艺有保证。耐水绕组线在定子槽中的占空率提高21.7%，铁心长度减小350mm，因此定、转子的硅钢片用量下降685kg，整机铜材用量减少54kg。同时铁心长度的减少，带来的显著效果是降低了水力磨擦损耗及导体欧姆损耗，因而效率明显提高了1.5个百分点。其它一些电机重要的性能指标均有所提升，功率因数提高了0.03，起动转矩倍数增加0.07，最大转矩倍数提升0.14。电机转动部分重量下降21%，降低推力轴承的载荷及提高临界转速，提高整机可靠性，这些在实践中已得到良好验证。

Claims (4)

1.一种材料利用率高的充水式潜水电机，包括定子、转子、机壳和推力轴承；其中定子包括由定子铁心硅钢片组成的定子铁心和穿绕在定子铁心上镂空的线槽内的耐水绕组线，定子铁心硅钢片上近内圆轮廓处均布开设有线槽，其特征在于：所述线槽为等宽的腰形槽；线槽两侧的边为长边，与定子铁心硅钢片的外圆轮廓相邻一端为槽底，与定子铁心硅钢片的内圆轮廓相邻一端为槽口。

2.根据权利要求1所述的一种材料利用率高的充水式潜水电机，其特征在于：所述槽口和所述内圆轮廓之间的间距为1-1.5 mm。

3.根据权利要求1所述的一种材料利用率高的充水式潜水电机，其特征在于：所述线槽的宽度大于所述耐水绕组线直径0.4-0.6 mm。

4.根据权利要求1所述的一种材料利用率高的充水式潜水电机，其特征在于：所述槽口的两侧设有对称的槽肩，所述槽肩呈斜边状，槽肩的宽度b为3-5mm，角度α为30度。