CN106230148B - 一种设有外开槽的潜油电机定子及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设有外开槽的潜油电机定子及其制作方法，其定子包括定子铁芯(2)以及开设于定子铁芯(2)内的多条绕定子铁芯(2)中心线分布的定子槽(3)，所述定子铁芯(2)的外侧壁上绕其周向还开设有多条沿定子铁芯(2)纵向的外开槽(5)；每个外开槽(5)对应一个定子槽(3)且与该定子槽(3)相通；所述定子槽(3)内嵌有定子线圈，所述外开槽(5)内填充有用于固化密封该外开槽(5)的磁性环氧树脂。本发明可有效减少下线工作时间，降低下线工艺难度，提高定子槽满率，从而达到改善电机性能的目的。

Description

一种设有外开槽的潜油电机定子及其制作方法
技术领域
本发明属于技术领域，具体涉及一种设有外开槽的潜油电机定子及其制作方法。
背景技术
潜油电机是潜油电泵的动力机，它驱动潜油离心泵吸取地下的井液。潜油电机属于交流异步电动机，结构与普通异步电机基本相同，但是为了适应潜油电泵的特殊的使用环境，还有其特殊的结构，主要由细长的固定部分(定子)和旋转部分(转子)组成，整个外形像一条细长的钢管。目前的潜油电机定子铁芯为了减少主磁路的磁阻，降低激磁电流，普遍采用闭口槽设计，但缺点是只能采用穿入式绕组结构，导致定子槽满率的降低；另一方面由于潜油电机定子内径较小，轴向长度较长，工人并不能像下普通异步电动机绕组时将手在电机内部进行压线式下线，同时，穿入式下线后还需要对定子线圈端部进行整形处理，这就导致嵌线工艺繁琐，降低了工作效率。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，针对潜油电机定子槽满率低、下线工艺复杂这一问题，提供一种设有外开槽的潜油电机定子及其制作方法，旨在提高潜油电机定子槽满率以及减少定子线圈嵌线时间。
本发明的技术方案是：一种设有外开槽的潜油电机定子，包括定子铁芯以及开设于定子铁芯内的多条绕定子铁芯中心线分布的定子槽，所述定子铁芯的外侧壁上绕其周向还开设有多条沿定子铁芯纵向的外开槽；每个外开槽对应一个定子槽且与该定子槽相通；所述定子槽内嵌有定子线圈，所述外开槽内填充有用于固化密封该外开槽的磁性环氧树脂。
较佳地，所述定子线圈通过槽楔固定于定子槽内。
较佳地，所述磁性环氧树脂是含有Fe-Si磁性颗粒的环氧树脂复合材料。
较佳地，所述含有Fe-Si磁性颗粒的环氧树脂复合材料具体是Fe78Si9B13非晶合金环氧树脂。
一种设有外开槽的潜油电机定子的制作方法，包括如下步骤：
步骤(1)：绕制潜油电机的定子线圈
定子线圈采用两极单层链式绕组的结构，其线圈平均半匝长为lZ，则：
lZ＝LB+KS·τY
式中：LB＝l+2d1，l为定子铁心长度，d1为线圈沿潜油电机轴向伸出定子铁心一端的长度；
KS为经验值，两极潜油电机取值KS取值1.16；
τY为线圈节距；
根据计算出的线圈平均半匝长，利用绕线机进行绕线，制成定子线圈；
步骤(2)：定子铁心制作
将定子隔磁段放置于两节硅钢片段之间进行叠压，制做成定子铁心；
步骤(3)：定子下线
将步骤(1)中制好的定子线圈按单层链式结构通过外开槽采用压入下线一次性嵌入定子槽内，并通过槽楔进行固定；
步骤(4)：安装机壳及固化密封
利用热嵌套技术将定子铁芯压入机壳内，最后在外开槽处利用磁性环氧树脂进行固化密封。
本发明的有益效果：本发明能够提高槽满率改善电机性能及降低嵌线工艺减少下线时间的效果。具体包括如下技术优点：
一、提高槽满率改善电机性能
传统潜油电机由于采用穿入式嵌线方式，当穿入绕组匝数越多时，槽内空隙越小，绕组之间的摩擦力越明显，导致潜油电机槽满率仅为60％-70％，而采用压入式嵌线的普通异步电动机定子槽满率一般可控制在75-80％之间。
二、降低嵌线工艺难度，减少下线时间
传统潜油电机采用的穿入式下线方式，需要操作工人将定子线圈一根根逐次穿入定子槽内，由于潜油电机本身轴向长度较长(几十米不等)以及穿线时绕组之间摩擦较大，导致穿线过程费时费力，在将全部绕组穿入后又由于每匝绕组端部长度不等，还需要操作工人进行长时间的端部整形，整个过程平均耗时4小时左右。而采用本发明中的定子外开槽方法时，可准确计算出每匝绕组所需长度，利用绕线机制成线圈，再采用压入式下线方式将制好的线圈压入定子槽内，最后通过槽楔进行固定，整个过程大致仅需1-2小时左右。随后，利用磁性环氧树脂强度高以及良好导磁性能的特点，通过其对外开口处进行填充，达到满足电机磁回路的目的。
因此，针对潜油电机定子槽满率低、下线工艺复杂这一问题，本发明将潜油电机定子槽口直接开在定子外沿上，利用绕线机提前将定子绕组制成所需线圈，再由定子外沿将绕制后的定子线圈直接压入，简化了下线后的端部整形工艺，缩短嵌线时间。同时，利用磁性环氧树脂对定子外开槽口进行填充，定子槽满率也会有所提高。本发明可有效减少下线工作时间，降低下线工艺难度，提高定子槽满率，从而达到改善电机性能的目的。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是传统潜油电机定子铁芯结构示意图；
图2是本发明的潜油电机定子铁芯示意图；
图3是本发明的潜油电机定子外开槽磁力线分布图；
图4是本发明的潜油电机定子外开槽磁场分布图。
附图标记说明：1、机壳；2、定子铁芯；3、定子槽；4、槽楔；5、外开槽。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本发明提供了一种设有外开槽的潜油电机定子及其制作方法，参见图2，其定子包括定子铁芯2以及开设于定子铁芯2内的多条绕定子铁芯2中心线分布的定子槽3，所述定子铁芯2的外侧壁上绕其周向还开设有多条沿定子铁芯2纵向的外开槽5；每个外开槽5对应一个定子槽3且与该定子槽3相通；所述定子槽3内嵌有定子线圈，所述外开槽5内填充有用于固化密封该外开槽5的磁性环氧树脂。
进一步地，所述定子线圈通过槽楔4固定于定子槽3内。
进一步地，所述磁性环氧树脂是含有Fe-Si磁性颗粒的环氧树脂复合材料。
进一步地，所述含有Fe-Si磁性颗粒的环氧树脂复合材料具体是Fe78Si9B13非晶合金环氧树脂。
本发明的设有外开槽的潜油电机定子的制作方法，包括如下步骤：
步骤(1)：绕制潜油电机的定子线圈
定子线圈采用两极单层链式绕组的结构，其线圈平均半匝长为lZ，则：
lZ＝LB+KS·τY
式中：LB＝l+2d1，l为定子铁心长度，d1为线圈沿潜油电机轴向伸出定子铁心一端的长度(即线圈沿潜油电机轴的直线部分伸出定子铁心一端的长度)；
KS为经验值，两极潜油电机取值KS取值1.16，(潜油电机一般都为两极电机)；
τY为线圈节距；
根据计算出的线圈平均半匝长，利用绕线机进行绕线，制成定子线圈；
步骤(2)：定子铁心制作
将定子隔磁段(铜片)按一定的要求放置于两节硅钢片段之间进行叠压，制做成定子铁心；
步骤(3)：定子下线
将步骤(1)中制好的定子线圈按单层链式结构通过外开槽5采用压入下线一次性嵌入定子槽3内，并通过槽楔4进行固定；
步骤(4)：安装机壳及固化密封
利用热嵌套技术将定子铁芯2压入机壳1内，最后在外开槽5处利用磁性环氧树脂进行固化密封。
综上所述，本发明提出的设有外开槽的潜油电机定子及其制作方法，针对传统潜油电机结构进行了改进：
一、定子外开槽设计
传统潜油电机定子铁芯结构如图1所示，由于潜油电机相对轴向长度较长，故定子绕组下线时只能采用穿入式绕组，当穿入绕组匝数越多时，槽内空隙越小，绕组之间的摩擦力越明显，导致潜油电机槽满率仅为60％-70％，并且由于采用穿入式结构，绕组端部长度不一，在下线之后还需要一个长时间整形的过程，大大降低了下线工人的工作效率，目前一台30kW的潜油电机由两名下线工人同时操作，其定子平均下线时间为4小时左右。
本发明的定子铁芯结构如图2所示，将原本开在定子铁芯内沿附近的槽通过定子铁芯外沿开口，开口宽度大于定子线圈宽度，便于下线机壳，开口深度与传统潜油电机定子闭口槽位置相同。
二、定子外开槽工艺流程改进
传统潜油电机在下线前需要将定子硅钢片与分段铜片进行叠压，然后采用热嵌套技术将其压入潜油电机机壳内，再以穿入式下线方式在定子闭口槽内一根根逐次穿入定子绕线，之后对绕组端部进行整形，最后通过浸漆工艺对定子线圈进行浸漆。而采用本发明结构时，由于定子外沿开了一个便于定子线圈下线的外开槽(外开口)，故在将定子硅钢片与分段铜片进行叠压之后，可直接采用压入式下线方式将全部定子线圈一次性嵌入定子槽内，通过槽楔进行固定，然后再利用热嵌套技术将定子铁芯压入机壳内，最后在定子外开槽(外开口)处利用磁性环氧树脂进行固化密封。
三、定子外开槽磁场分析
定子外开槽设计首要解决的问题就是定子轭部由于存在开口会影响磁路闭合，增大磁阻，导致效率的下降，另一个问题就是对定子外开口处进行填充的物质必须具备相应的强度要求，避免由于潜油电机长期工作时产生应力破坏。基于以上考虑，本发明采用磁性环氧树脂对定子外开口处进行填充，环氧树脂的特点就是强度高、耐腐蚀，可完全满足强度要求，故本发明主要针对其磁场性能进行分析，以Fe78Si9B13非晶合金环氧树脂为例，对潜油电机定子外开槽铁芯磁场进行建模分析，如图3、图4所示。
因此，本发明通过对潜油电机定子外开槽设计，达到提高槽满率改善电机性能及降低嵌线工艺减少下线时间的效果。
1、提高槽满率改善电机性能
传统潜油电机由于采用穿入式嵌线方式，当穿入绕组匝数越多时，槽内空隙越小，绕组之间的摩擦力越明显，导致潜油电机槽满率仅为60％-70％，而采用压入式嵌线的普通异步电动机定子槽满率一般可控制在75-80％之间，以一台31kW的潜油电机为例，比较其采用两种不同嵌线方式下的电机性能如表1所示。
表1两种不同嵌线方式下的电机性能对照表
由表1可知，当采用压入式嵌线方式时，可有效提高定子槽满率，当槽满率仅仅提高到70.4％时，潜油电机各项性能指标均有一定提升；当槽满率提高至普通异步电动机定子槽满率下限(74.92％)时，各项性能指标均有显著提升。
2、降低嵌线工艺减少下线时间
传统潜油电机采用的穿入式下线方式，需要操作工人将定子绕组线圈一根根逐次穿入定子槽内，由于潜油电机本身轴向长度较长(几十米不等)以及穿线时绕组之间摩擦较大，导致穿线过程费时费力，在将全部绕组穿入后又由于每匝绕组端部长度不等，还需要操作工人进行长时间的端部整形，整个过程平均耗时4小时左右。而采用定子外开槽设计时，可准确计算出每匝绕组所需长度，利用绕线机制成线圈，再采用压入式下线方式将制好的线圈压入定子槽内，最后通过槽楔进行固定，参考普通异步电动机下线耗时，整个过程大致仅需1-2小时左右。
本发明通过在潜油电机定子外沿进行开口槽的设计，可有效减少下线工作时间，降低下线工艺难度，提高定子槽满率，从而达到改善电机性能的目的。利用磁性环氧树脂强度高以及良好导磁性能的特点，通过其对外开口处进行填充，达到满足电机磁回路的目的。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种设有外开槽的潜油电机定子的制作方法，其特征在于，该方法的设有外开槽的潜油电机定子，包括定子铁芯(2)以及开设于定子铁芯(2)内的多条绕定子铁芯(2)中心线分布的定子槽(3)，所述定子铁芯(2)的外侧壁上绕其周向还开设有多条沿定子铁芯(2)纵向的外开槽(5)；每个外开槽(5)对应一个定子槽(3)且与该定子槽(3)相通；所述定子槽(3)内嵌有定子线圈，所述外开槽(5)内填充有用于固化密封该外开槽(5)的磁性环氧树脂；所述磁性环氧树脂是含有Fe-Si磁性颗粒的环氧树脂复合材料；所述含有Fe-S i磁性颗粒的环氧树脂复合材料具体是Fe78Si9B13非晶合金环氧树脂；所述定子线圈通过槽楔(4)固定于定子槽(3)内；
该方法包括如下步骤：
步骤(1)：绕制潜油电机的定子线圈
定子线圈采用两极单层链式绕组的结构，其线圈平均半匝长为lZ，则：
lZ＝LB+KS·τY
式中：LB＝l+2d1，l为定子铁心长度，d1为线圈沿潜油电机轴向伸出定子铁心一端的长度；
KS为经验值，两极潜油电机取值KS取值1.16；
τY为线圈节距；
根据计算出的线圈平均半匝长，利用绕线机进行绕线，制成定子线圈；
步骤(2)：定子铁心制作
将定子隔磁段放置于两节硅钢片段之间进行叠压，制做成定子铁心；
步骤(3)：定子下线
将步骤(1)中制好的定子线圈按单层链式结构通过外开槽(5)采用压入下线一次性嵌入定子槽(3)内，并通过槽楔(4)进行固定；
步骤(4)：安装机壳及固化密封
利用热嵌套技术将定子铁芯(2)压入机壳(1)内，最后在外开槽(5)处利用磁性环氧树脂进行固化密封。
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