CN106849422B - 一种带有斜槽结构的四段铁芯铸铝转子和电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有斜槽结构的四段铁芯铸铝转子，转子的槽数与定子的槽数相同；转子包括转子铁芯、转轴、导条；转轴上套装有转子铁芯；铁芯的槽体呈扭斜状，导条浇铸在铁芯的槽体中；铁芯包括两段位于之间位置的第二铁芯、第三铁芯；分为位于两端的第一铁芯、第四铁芯；第一铁芯与第二铁芯、第三铁芯与第四铁芯中位置相对的两个槽体反向扭斜呈人字形；第二铁芯与第三铁芯之间设置有中间环；第二铁芯与第三铁芯中位置相对的两个槽体错位反向扭斜；槽体的底部呈分叉结构；本发明还公开一种与上述的转子相配合的定子以及电机。本发明具有有效削弱齿谐波、降低同步附加转矩、减少电机的附加损耗的优点。

Description

一种带有斜槽结构的四段铁芯铸铝转子和电机

技术领域

本发明涉及电磁装置技术领域，尤其涉及一种带有斜槽结构的四段铁芯铸铝转子和电机。

背景技术

感应电机的附加损耗主要由气隙谐波磁通产生。这些谐波磁通在定、转子铁心中产生高频损耗(表面损耗和齿部脉振损耗)，在笼型转子中产生高频电流损耗，其中以定转子齿谐波磁通的作用最为显著。

当定转子槽数相等时，转子相邻导条中由定子齿谐波磁通感生的电势大小相等，相位相同，因而在它们之间不会产生电流，这表明在等槽配合时，定子齿谐波磁通不会在转子中产生高频电流损耗。同时转子齿顶的宽度等于定子齿谐波的波长，因此转子齿中由定子齿谐波磁通引起的脉振最小，脉振损耗也最小。

选择感应电机槽配合时，从减少附加损耗的角度出发，定、转子槽数应尽量接近，从上述说明可以看出定、转子槽数相同时，附加损耗的值最小，但是等槽配合是电机设计中的禁忌，因为这会在转速为零时引起同步附加转矩，使电机无法起动。

感应电机的满载附加损耗高达2％～6％，对电机效率影响很大，若能解决等槽配合时的起动问题，采用等槽配合，则可大大降低电机满载附加损耗，提高电机的效率。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种有效削弱齿谐波、降低同步附加转矩、减少电机的附加损耗的带有斜槽结构的四段铁芯铸铝转子和电机。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种带有斜槽结构的四段铁芯铸铝转子，所述转子的槽数与定子的槽数相同；所述转子包括转子铁芯、转轴、导条；所述转轴上套装有所述转子铁芯；所述铁芯的槽体呈扭斜状，所述导条浇铸在所述铁芯的槽体中；所述铁芯包括两段位于之间位置的第二铁芯、第三铁芯；分为位于两端的第一铁芯、第四铁芯；所述第一铁芯与所述第二铁芯、所述第三铁芯与所述第四铁芯中位置相对的两个槽体反向扭斜呈人字形；所述第二铁芯与所述第三铁芯之间设置有中间环；所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错位反向扭斜；所述槽体的底部呈分叉结构。

优选地：所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错开角度为为半个转子槽距角。

一种与上述的转子相配合的定子，转子安装于所述定子内；所述定子和转子槽数相等；所述定子的齿部设有弧形凹槽。

一种电机，包括机壳、定子、铸铝转子、转轴；所述定子设置在所述机壳的内部空腔中，所述铸铝转子内置在所述定子中并固定安装在所述转轴上；所述转轴贯穿所述机壳，与所述机壳转动连接；

所述转子的槽数与定子的槽数相同；所述定子的齿部设有弧形凹槽；所述转子包括转子铁芯、转轴、导条；所述转轴上套装有所述转子铁芯；所述铁芯的槽体呈扭斜状，所述导条浇铸在所述铁芯的槽体中；其特征在于：所述铁芯包括两段位于之间位置的第二铁芯、第三铁芯；分为位于两端的第一铁芯、第四铁芯；所述第一铁芯与所述第二铁芯、所述第三铁芯与所述第四铁芯中位置相对的两个槽体反向扭斜呈人字形；所述第二铁芯与所述第三铁芯之间设置有中间环；所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错位反向扭斜；所述铁芯槽体的底部呈分叉结构。

优选地：所述中间环的材质包括铝。

优选地：所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错开的角度为半个转子槽距所占角度。

优选地：所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错开角度为半个转子槽距角。

优选地：所述转子的斜槽距为半个定子槽距。

本发明的优点在于：采用底部呈分叉结构的斜槽转子，并配合多个“人”字形转子串联则可形成类“波浪”形转子，使径向力波沿电机长度方向的轴线发生相位移，沿轴向平均径向力降低，有效削弱齿谐波降低同步附加转矩，解决了等槽配合的起动问题；定、转子等槽配合，电机的附加损耗最小，效率得到提高。

附图说明

图1为本发明中转子的侧面结构示意图。

图2为本发明中定子的端面结构示意图。

图3为本发明中转子在端面结构示意图。

图4为本发明中一个定子齿距内电机起动转矩的变化情况图。

图5为本发明中中间环的结构示意图。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合实施例对其作进一步说明。

实施例1

如图1、3所示，本实施例公开一种带有斜槽结构的四段铁芯铸铝转子，转子的槽数与定子的槽数相同。转子包括转子铁芯、转轴、导条2。转轴上套装有转子铁芯。铁芯的槽体1呈扭斜状，导条2浇铸在铁芯的槽体1中。铁芯包括两段位于之间位置的第二铁芯32、第三铁芯33。分为位于两端的第一铁芯31、第四铁芯34。第一铁芯31与第二铁芯32、第三铁芯33与第四铁芯34中位置相对的两个槽体1反向扭斜呈人字形。第二铁芯32与第三铁芯33之间设置有中间环4。第二铁芯32与第三铁芯33中位置相对的两个槽体1错位反向扭斜。槽体1的底部呈分叉结构。

本发明具有以下优点：采用底部呈分叉结构的斜槽转子，并配合多个“人”字形转子串联则可形成类“波浪”形转子，使径向力波沿电机长度方向的轴线发生相位移，沿轴向平均径向力降低，有效削弱齿谐波降低同步附加转矩，解决了等槽配合的起动问题；定、转子等槽配合，电机的附加损耗最小，效率得到提高。

实施例2

如图2所示，一种与上述实施例的转子相配合的定子，转子安装于定子内。定子和转子槽数相等，定子的齿部设有弧形凹槽51。定子齿部设有弧形凹槽51，使得气隙磁密更加正弦，降低谐波损耗。

实施例3

如图1-3所示，一种电机，包括机壳、定子、铸铝转子、转轴。定子设置在机壳的内部空腔中，铸铝转子内置在定子中并固定安装在转轴上。转轴贯穿机壳，与机壳转动连接。定子齿部设有弧形凹槽51，使得气隙磁密更加正弦，降低谐波损耗。

转子的槽数与定子的槽数相同。定子的齿部设有弧形凹槽51。转子包括转子铁芯、转轴、导条2。转轴上套装有转子铁芯。铁芯的槽体1呈扭斜状，导条2浇铸在铁芯的槽体1中。铁芯包括两段位于之间位置的第二铁芯32、第三铁芯33。分为位于两端的第一铁芯31、第四铁芯34。第一铁芯31与第二铁芯32、第三铁芯33与第四铁芯34中位置相对的两个槽体1反向扭斜呈人字形。第二铁芯32与第三铁芯33之间设置有中间环4。第二铁芯32与第三铁芯33中位置相对的两个槽体1错位反向扭斜。铁芯的槽体1的底部呈分叉结构。中间环4的材质包括铝。

实施例4

一款实施例3的感应电机，其功率为5kW，极数为4，电机定子外径210mm，长度120mm，槽数为36个，定子齿部设有弧形凹槽51，用于调制气隙磁场。表1为定子齿有无弧形凹槽的性能对比。

表1

	定子齿无弧形凹槽	定子齿有弧形凹槽
			气隙磁密畸变率	40.3％	36.6％
电流波形畸变率	3.24％	2.93％

铸铝转子槽数为36个，总长度为120mm，中间铝环厚度d为4mm，转子整体分为左右两大段关于中间环4错开α＝5度，每一段长度为58mm，其中每一大段又分为两小段每段长度为29mm，关于每段中间对称并反向斜bsk＝5.9mm。

根据谐波磁场分析，若定子谐波vb与转子谐波μa(由另一定子谐波所产生)次数相同，方向相同，则两者在转速为0时产生同步附加转矩，使起动转矩出现波动或死点，电机无法起动。由于定、转子齿谐波的幅值较大，同步附加转矩主要由定/转子齿谐波决定。当等槽配合时，定、转子齿谐波各阶次数均相同，同步附加转矩最大，电机无法起动。采用特殊斜槽转子后，不同段的转子齿谐波可以相互有效抵消，大大消除了转子齿谐波，此时转子齿谐波的值很小，与定子齿谐波作用产生的同步附加转矩的值也很小，此时对电机起动转矩的影响可以忽略，故电机可以正常起动。如图4所示，电机的额定转矩为36N·m，起动转矩最小值为81N·m，最大值为139.6N·m，平均值为107N·m。可以看出，电机的最小起动转矩倍数为2.25，最大起动转矩倍数为3.88，平均起动转矩倍数为2.97。完全满足电机起动的要求。

铁芯的槽体1的底部呈分叉结构，可以增加起动时的集肤效应，改善起动性能，表2为使用分叉结构槽体前后的性能对比。

表2

	普通槽型	分叉结构槽
			平均起动转矩	103N·m	104.7N·m
平均起动电流	76A	74.3A

从结果可以看出，本发明的电机完全可以解决等槽配合时电机起动的问题，从而可以采用等槽配合来降低电机附加损耗。

根据谐波磁场分析，各段转子的齿谐波相位刚好相反，齿谐波在各段内产生的谐波转矩相互抵消，从而达到降低振动噪声的目的。与直槽时相比，采本发明的电机的声功率可以降低的值约为

ΔL＝201g[Kskcos(uα/2)]

式中Ksk为斜槽系数，μ为谐波磁场次数，α为转子错开角度。

采用“波浪”形斜槽转子后，与直槽时相比噪声降低值如下表3所示，

表3

	一阶齿谐波	二阶齿谐波
			声压级降低值(分贝)	13.2	11.3

可以看出，本发明的感应电机可以明显降低噪声。

如图5所示，本发明的中间环可以包括外层的铝环以及内层的硅钢环42。铝环上设置有铸铝通槽411，若干个铸铝通槽等距分布呈环形结构；相邻两个所述铸铝通槽之间的区域形成开槽筋412。若干个铸铝通槽411相互之间形成与铸铝通槽411数量相同的开槽筋412，开槽筋412的数量为转子槽体数量的约数。

优选地，铸铝通槽411为扇形结构，若干个铸铝通槽等距分布呈与阻尼环中心同心的环形结构。本发明的中间环也可以为传统的铝环。

本发明的各个铁芯优选为一体成型。先依次将第一铁芯31、第二铁芯32、叠好然后将中间环4叠压上去，再依次将第三铁芯33、第四铁芯34叠压上去，保证开槽筋与铁芯槽体错位设置。铸铝时，铝水从第一铁芯31端注入，铝水在经过第二铁芯32后，通过中间环4的同心式铝环的扇形铸铝通槽依次进入第三铁芯33、第四铁芯34，铸造完成后，铝水填满同心式铝环的扇形铸铝形成完整的铝环，将各段转子的导条连接成一个整体，并在整体的端部形成铸铝端环，一次即可完成多段转子的铸造。当然，本发明的转子也可以采用分段分别浇筑后再焊接的方式。

阻尼环的外径与转子外径保持一致，开槽筋的宽度约为2～4mm，用于连接支撑同心铝环的内外环，同心式铝环的内外环厚度1～3mm，内铝环的内径与硅钢环的外径一致且小于关于转子圆心对称的两个转子槽底之间的距离。硅钢环的内径为与转轴的直径相等。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带有斜槽结构的四段铁芯铸铝转子，所述转子的槽数与定子的槽数相同；所述转子包括转子铁芯、转轴、导条；所述转轴上套装有所述转子铁芯；所述铁芯的槽体呈扭斜状，所述导条浇铸在所述铁芯的槽体中；其特征在于：所述铁芯包括两段位于之间位置的第二铁芯、第三铁芯、分别位于两端的第一铁芯、第四铁芯；所述第一铁芯与所述第二铁芯、所述第三铁芯与所述第四铁芯中位置相对的两个槽体反向扭斜呈人字形；所述第二铁芯与所述第三铁芯之间设置有中间环；所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错位反向扭斜；所述槽体的底部呈分叉结构。

2.根据权利要求1所述的一种带有斜槽结构的四段铁芯铸铝转子，其特征在于：所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错开角度为半个转子槽距角。

3.一种电机，包括机壳、定子、铸铝转子、转轴；所述定子设置在所述机壳的内部空腔中，所述铸铝转子内置在所述定子中并固定安装在所述转轴上；所述转轴贯穿所述机壳，与所述机壳转动连接；

其特征在于，所述转子的槽数与定子的槽数相同；所述定子的齿部设有弧形凹槽；所述转子包括转子铁芯、转轴、导条；所述转轴上套装有所述转子铁芯；所述铁芯的槽体呈扭斜状，所述导条浇铸在所述铁芯的槽体中；所述铁芯包括两段位于之间位置的第二铁芯、第三铁芯；分别位于两端的第一铁芯、第四铁芯；所述第一铁芯与所述第二铁芯、所述第三铁芯与所述第四铁芯中位置相对的两个槽体反向扭斜呈人字形；所述第二铁芯与所述第三铁芯之间设置有中间环；所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错位反向扭斜；所述铁芯槽体的底部呈分叉结构。

4.根据权利要求3所述的一种电机，其特征在于，所述中间环的材质包括铝。

5.根据权利要求4或3任一项所述的一种电机，其特征在于，所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错开的角度为半个转子槽距所占角度。

6.根据权利要求5所述的一种电机，其特征在于，所述第二铁芯与所述第三铁芯中位置相对的两个槽体错开角度为5°。

7.根据权利要求5所述的一种电机，其特征在于，所述转子的斜槽距为半个定子槽距。