CN108336878A - 一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机，包括定子、转子和转轴，所述转子位于定子内，且定子和转子之间有气隙，所述定子包括定子齿、定子槽、电枢绕组和定子轭，所述转子包括转子铁心、导条和端环；其创新点在于：所述电枢绕组采用的绕组型式为单双层绕组，且每相双层元件s与单层元件d的排布方式s‑d‑d‑s，且对应的有效匝数比近似为1：1.4：1.4：1或1：2.5：2.5：1，每相绕组为同心式接法，三相构成三角形接法。转子导条采用外宽内窄的梨形闭口槽结构，且为直槽结构。本发明可节省定子绕组用铜，削弱5、13、23次或7、11次谐波，降低电机温升，提高电机效率。

Description

一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机
技术领域
本发明涉及感应电机领域，特别是涉及一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机。
背景技术
现有电动机一般采用单层绕组或双层叠绕，单层绕组具有基波绕组系数高的优点，但单层绕组不能组成短距，电磁性能比较差，高次谐波含量高，且端部不易排列整齐的缺点。双层绕组通常采用2/3短距的双层叠绕形式以削弱高次谐波。高次谐波的存在使杂散损耗和各种附加损耗增加，增加了绕组发热，降低了电机效率。对于三相异步电动机，如果采用短距的双层叠绕组，则在削弱高次谐波的同时，基波绕组系数也大幅度地下降，基波绕组系数的降低给电机效率带来不利影响。单双层绕组是小型异步电动机用来改善性能的可行措施之一，对于改善力能指标、降低温升、提高起动性能及节约有效材料等有一定的效果。单双层绕组是双层绕组的一种改型，它既具有双层绕组良好的电磁特性，且结构简单，又可适当缩短线圈端部长度。
相对于其他类型的电机，传统的铸铝转子感应电机也具有功率密度较小，效率较低的缺点，为了克服这些缺点，研发更大功率密度和更高效率的的感应电机势在必行。在感应电机的损耗中，转子损耗占据了约20％～25％的比例，降低这部分损耗也就成了提高效率的一个重要技术手段。由于铜的电阻率是铝的电阻率的60％左右，采用电阻率优良的铜替代传统的铝，可以降低转子电阻，从而降低转子损耗，提高了电机效率。
近些年，为了落实科学发展观，实现人与环境的协调可持续发展，我国也大力推动电机能效提高进程，发布了GB18613-2012能效新标准，计划逐步淘汰低能效电机。在这样的大背景下，铸铜转子感应电机无疑将成为电机行业重要研究方向之一。而针对铸铜转子的特性，对电动机的转子和定子进行重新设计，可最大限度提高电动机的效率，以获得更高能效。
发明内容
针对现有传统铸铝转子感应电机所采用的单层或双层绕组存在着一些不足，单层绕组不能组成短距，电磁性能比较差，高次谐波含量高，且端部不易排列整齐；短距的双层叠绕组，则在削弱高次谐波的同时，基波绕组系数也大幅度地下降。同时传统的铸铝转子感应电机也具有功率密度较小，效率较低的缺点，本发明提供一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机，可节省定子绕组用铜，削弱5、13、23次或7、11次谐波，降低电机温升，提高电机效率，为达此目的，本发明提供一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机，包括定子、转子和转轴，所述转子位于定子内，且定子和转子之间有气隙，所述定子包括定子齿、定子槽、电枢绕组和定子轭，所述转子包括转子铁心、导条和端环所述电枢绕组采用的绕组型式为单双层绕组，且每相双层元件s与单层元件d的排布方式s-d-d-s，且对应的有效匝数比为1：1.4：1.4：1或1：2.5：2.5：1，每相绕组为同心式接法，三相构成三角形接法。
本发明的进一步改进，所述转子铁心的导条槽的槽形与导条的形状相同，且转子铁心的导条槽为外宽内窄的梨形槽结构。
本发明的进一步改进，所述转子铁心的导条槽为闭口槽，且采用直槽结构。
本发明的进一步改进，所述导条和端环均由铜铸造而成。
本发明提供一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机，有益效果如下，由于本发明所述电枢绕组采用的绕组型式为单双层绕组，将短距绕组中的同一相的上下层导体合起来用单层绕组，而不同相的上下层导体采用双层绕组，并按同心式双层绕组端部形状将其端部连接起来，形成单双层绕组；本发明采用的单双层绕组与单层绕组相比，有双层绕组的特性，即具有较好的气隙磁场波形，较好的起动性能和较低的附加损耗等一系列优点。从结构上看，单双层绕组比之双层绕组在较短的实际节距下，可以得到较大的有效节距，从而使基波绕组系数提高。当电机的有效匝数相等时，可以减少实际匝数；当有效节距相同时，实际节距可以缩短，从而节省绕组用铜，铜损耗也相应减小，效率相应提高。且单层绕组元件的有效匝数a与双层绕组元件的有效匝数b比值近似为1.4或2.5时，可有效削弱5、13、23次或7、11次谐波，即本发明具有附加损耗低的优点，可降低电机温升，提高电机效率。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式的结构示意图；
图2是本发明单双层绕组的接线示意图。
图示说明:
1、定子，2、定子齿，3、气隙，4、导条，5、转轴，6、定子槽，7、电枢绕组，8、定子轭；9、端环；10、转子铁心；11、转子。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机，可节省定子绕组用铜，削弱5、13、23次或7、11次谐波，降低电机温升，提高电机效率。
如图1、2所示，一种铸铜转子感应电机，包括定子1、转子11和转轴5，所述转子11位于定子1内，且定子1和转子11之间有气隙3，所述定子1包括定子齿2、定子槽6、电枢绕组7和定子轭8，所述转子11包括转子铁心10、导条4和端环9；
所述电枢绕组7采用的绕组型式为单双层绕组，将短距绕组中的同一相的上下层导体合起来用单层绕组，而不同相的上下层导体采用双层绕组，并按同心式双层绕组端部形状将其端部连接起来，形成单双层绕组，每相绕组为同心式接法，三相构成三角形接法，且每相双层元件s与单层元件d的排布方式s-d-d-s，且对应的有效匝数比近似为1：1.4：1.4：1或1：2.5：2.5：1，每相绕组为同心式接法，三相构成三角形接法。
本发明所述转子铁心10设有导条槽，所述导条4与端环9为一体式结构，且所述导条4插装在转子铁心10的导条槽内。具体的是，所述导条4与端环9是压铸连接成为一体式结构，且该一体式结构为铸铜鼠笼结构。
如图1所示，所述转子铁心10的导条槽的槽形与导条4的形状相同，且转子铁心10的导条槽的槽形为外宽内窄的梨形槽结构，且为闭口槽。
如图1所示，所述转子11具有转子齿和转子槽，且转子11的转子槽为直槽结构。
本发明所述定子1的定子槽6和转子11的转子槽的槽数可由性能要求而定，本例中定子1的定子槽6的槽数为36槽，转子11的转子槽的槽数为26槽。
如图1所示，为了使得本发明结构更合理，所述转子铁心10的两端分别固定有端环9，且端环9与转子铁心10紧密贴合。
本发明的铸铜转子感应电机适用于三相电机。
与现有同类电机相比，本发明具有以下优点：
1、现有电机转子多为深而窄的导条孔结构，受到集肤效应的影响，当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面，转子导条利用率低，发热严重。本发明利用转子槽型的外宽内窄的梨形槽结构，可以使转子电流更加均匀的分布在整个导条截面积中，有效降低集肤效应对变频电机转子导条电流的影响，提高转子导条利用率，减小转子损耗，提高电机效率。
2、转子采用闭口槽。转子齿槽会引起定子齿表面磁场高频变化，形成电动机定子的表面损耗和脉振损耗，甚至产生振动和噪声。采用闭口槽既可以增大槽漏抗，抑制高次谐波，降低脉动转矩，又可降低损耗，减小振动噪声
3、转子采用直槽。传统异步电机转子采用斜槽的目的是减低电磁噪音和削弱有害的电磁转矩。而变频电机的噪音和转矩脉动主要是由高次谐波造成的。斜槽不仅无法解决变频电机的噪音和脉动，反而会造成漏磁增加，磁场扭转损耗增加，所以不采用斜槽。
4、现有电机定子多采用单层绕组或双层绕组，本发明采用的单双层绕组与单层绕组相比，有双层绕组的特性，即具有较好的气隙磁场波形，较好的起动性能和较低的附加损耗等一系列优点。从结构上看，单双层绕组比之双层绕组在较短的实际节距下，可以得到较大的有效节距，从而使基波绕组系数提高。当电机的有效匝数相等时，可以减少实际匝数；当有效节距相同时，实际节距可以缩短，从而节省绕组用铜，铜损耗也相应减小，效率相应提高。
5、传统的单双层绕组每槽导体数是相同的，而由定子线圈的谐波的绕组因数计算公式可得，对于v次谐波，其绕组因数为：
本例中槽距角α＝20°，令p＝a/b，可得
再令Kdv＝0，可得；
则当p≈1.4时，可消除5次、13次及23次谐波；p≈2.5时，可消除7次及11次谐波，进而减少附加损耗，提高电机效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机，包括定子（1）、转子（11）和转轴（5），其特征在于：所述转子（11）位于定子（1）内，且定子（1）和转子（11）之间有气隙（3），所述定子（1）包括定子齿（2）、定子槽（6）、电枢绕组（7）和定子轭（8），所述转子（11）包括转子铁心（10）、导条（4）和端环（9）所述电枢绕组（7）采用的绕组型式为单双层绕组，且每相双层元件s与单层元件d的排布方式s-d-d-s，且对应的有效匝数比为1：1.4：1.4：1或1：2.5：2.5：1，每相绕组为同心式接法，三相构成三角形接法。
2.根据权利要求1所述的一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机，其特征在于：所述转子铁心（10）的导条槽的槽形与导条（4）的形状相同，且转子铁心（10）的导条槽为外宽内窄的梨形槽结构。
3.根据权利要求2所述的一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机，其特征在于：所述转子铁心（10）的导条槽为闭口槽，且采用直槽结构。
4.根据权利要求2所述的一种不等匝单双层绕组铸铜转子感应电机，其特征在于：所述导条（4）和端环（9）均由铜铸造而成。
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