CN108880026A - 电机转子、电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机转子、电机。该电机转子，包括铁芯、鼠笼，所述铁芯的外周壁上具有多个斜槽，多个斜槽相互平行，所述斜槽的起点与终点的连线与所述铁芯的轴线形成夹角，所述斜槽为正弦波斜槽，所述正弦波斜槽以正弦波的形状由所述铁芯的一端延伸至另一端，所述鼠笼具有多个导条，各个所述导条的形状与所述斜槽相匹配，各个所述导条分别对应处于各个斜槽中。根据本发明的一种电机转子、电机，能够大幅降低导条的横向电流、削弱齿谐波磁场，使得由横向电流产生的附加铁磁损耗明显降低，减小转子轴向脉动，提高了电机的起动性能及运行效率，有效降低电磁噪音及脉振噪音，节能效果明显。
Description
技术领域
本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机转子、电机。
背景技术
随着现代工业的发展，对各种机械设备的运行精确度、平稳性要求越来越高，这些设备大多数皆通过电机进行驱动实现。
工业电机常使用三相异步电机，其电磁噪声主要是由定转子谐波磁场相互作用而产生随时间和空间变化的电磁波，促使定子产生高倍数电源频率的振动而引起的。为了有效降低前述的电磁噪音，异步电机多采用定转子斜槽结构，以削弱谐波磁场，从而抑制谐波电磁力，但抑制能力相对有限。另外，采用斜槽后转子冲片两槽之间的距离没变，而铸铝导条之间的最短距离将会乘以斜槽角度的余弦值(该值一般小于1)，从而使两铸铝鼠笼导条之间距离更近，同时鼠笼导条存在感应电势，从而增大铁芯中的横向电流，在转子铁芯中会感应出高频电流，在斜槽绝缘不佳情况下会增加负载杂散损耗，对于中大型或者铁芯较长的电机，传统的斜槽会引起较大的扭转力矩，从而引起扭转振动，这会导致电机噪音较大并影响转子机械结构强度；再者，当转子采用传统的斜槽结构时，在定子铁芯齿上产生的电磁力将多出一个轴向分量，轴向分量是轴向力的主要来源，当轴向力较大时会使电机轴承磨损加剧，降低电机使用寿命，气隙磁场的轴向分量致使铁耗增加。
另外，铸铝转子的槽内铸铝导条经常由于压铸工艺的原因，导致铸铝不饱满，产生气泡，增加导条的发热损耗以及铸铝转子整体的不平衡量，同时使铸铝导条容易产生断裂。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电机转子、电机，能够大幅降低导条的横向电流、削弱齿谐波磁场，使得由横向电流产生的附加铁磁损耗明显降低，减小转子轴向脉动，提高了电机的起动性能及运行效率，有效降低电磁噪音及脉振噪音，节能效果明显。
为了解决上述问题，本发明提供一种电机转子，包括铁芯、鼠笼，所述铁芯的外周壁上具有多个斜槽，多个斜槽相互平行，所述斜槽的起点与终点的连线与所述铁芯的轴线形成夹角，所述斜槽为正弦波斜槽，所述正弦波斜槽以正弦波的形状由所述铁芯的一端延伸至另一端，所述鼠笼具有多个导条，各个所述导条的形状与其所对应的所述斜槽相匹配，各个所述导条分别对应处于各个斜槽中。
优选地，所述铁芯由多个冲片叠压而成，所述冲片具有槽口，各个冲片的槽口扭斜成所述正弦波的形状，形成所述正弦波斜槽。
优选地，所述冲片的槽口的数量为Z个，所述冲片的直径为D，所述斜槽具有转子斜槽度I，I＝(1～1.5)πD/Z。
优选地，所述正弦波具有偏移最大高度bsk，bsk＝I/4～I/3。
优选地，将所述铁芯的外周壁展开，且展开后的外周壁假定投影在W平面上，所述斜槽的起点定义为O，所述斜槽的终点定义为B，经由所述O点建立X-Y坐标系，其中X轴的方向与所述铁芯的轴线平行，所述铁芯的轴向长度为L，所述导条上任意一点A点与Y轴之间的距离为x，所述A点与X轴之间的距离为y，所述x与y存在如下关系：
优选地，所述冲片为梨形槽结构。
优选地，电机极数为p，所述正弦波斜槽沿所述电机转子的轴向具有N个正弦周期，N＝k*p/2，其中k为正整数。
优选地，所述鼠笼采用铝压铸成型。
还提供一种电机，包括电机定子、电机转子，所述电机转子内置于所述电机定子中，所述电机转子为上述的电机转子。
本发明提供的一种电机转子、电机，由于斜槽为正弦波斜槽，而所述导条在形状上与之相适应，也即所述导条也呈正弦波的形状延伸，故所述导条上的磁势在轴向上也呈连续的正弦化，从而提高电机在空间上的磁场正弦度，并且增加起动时的集肤效应，加强电机起动性能，当该技术方案中的电机转子组装为电机时，电机在运行过程中不可避免的由于装配及结构设计问题导致在轴向上电机定子与电机转子之间发生错位，从而产生一定的轴向力，进而引起脉振，而采用了该技术方案中的正弦波斜槽及正弦波导相匹配的结构在轴向上的磁势叠加，有一定的正弦分量的(类似于弹簧结构)，在不受外部轴向力作用时，轴向磁场相互抵消，使合成磁场为零。一旦由定转子错位产生的轴向脉振力，使电机定子、电机转子产生错位，就会产生相反的脉振力，从而抵消轴向脉振力，降低了轴向脉振幅度，减少电机运行时的脉动，有效降低电机运转时的脉振噪音；另外，由于所述导条呈正弦波形，其在一个转子铁芯长度上具有多个正弦周期，每1/4个正弦周期之间由于倾斜角度完全相反，倾斜长度一致，从而能够将所述导条中产生的轴向磁场相互抵消，从而避免由斜槽引起的轴向磁场分布不均匀，能够大幅降低导条的横向电流、削弱齿谐波磁场，使得由横向电流产生的附加铁磁损耗明显降低，有效降低电磁噪音，节能效果明显。
附图说明
图1为本发明实施例的电机转子的立体结构示意图；
图2为图1中的铁芯的立体结构示意图；
图3为图2中的冲片的结构示意图；
图4为图1中的铁芯外周壁在W面的投影的局部示意图。
附图标记表示为：
1、铁芯；11、冲片；12、槽口；13、转子齿；2、鼠笼；21、导条；22、端环；3、斜槽。
具体实施方式
结合参见图1至4所示，根据本发明的实施例，提供一种电机转子，包括铁芯1、鼠笼2，所述铁芯1的外周壁上具有多个斜槽3，多个斜槽3相互平行，所述斜槽3的起点与终点的连线与所述铁芯1的轴线形成夹角，所述斜槽3为正弦波斜槽，所述正弦波斜槽以正弦波的形状由所述铁芯1的一端延伸至另一端，所述鼠笼2具有多个导条21，各个所述导条21的形状与其所对应的所述斜槽3相匹配，各个所述导条21分别对应处于各个斜槽3中。该技术方案中，由于所述斜槽为正弦波斜槽，而所述导条21在形状上与之相适应，也即所述导条21也呈正弦波的形状延伸，故所述导条21上的磁势在轴向上也呈连续的正弦化，从而提高电机在空间上的磁场正弦度，并且增加起动时的集肤效应，加强电机起动性能，当该技术方案中的电机转子组装为电机时，电机在运行过程中不可避免的由于装配及结构设计问题导致在轴向上电机定子与电机转子之间发生错位，从而产生一定的轴向力，进而引起脉振，而采用了该技术方案中的正弦波斜槽及正弦波导相匹配的结构在轴向上的磁势叠加，有一定的正弦分量的(类似于弹簧结构)，在不受外部轴向力作用时，轴向磁场相互抵消，使合成磁场为零。一旦由定转子错位产生的轴向脉振力，使电机定子、电机转子产生错位，就会产生相反的脉振力，从而抵消轴向脉振力，降低了轴向脉振幅度，减少电机运行时的脉动，有效降低电机运转时的脉振噪音；另外，由于所述导条21呈正弦波形，其在一个转子铁芯长度上具有多个正弦周期，每1/4个正弦周期之间由于倾斜角度完全相反，倾斜长度一致，从而能够将所述导条21中产生的轴向磁场相互抵消，从而避免由斜槽引起的轴向磁场分布不均匀，能够大幅降低导条的横向电流、削弱齿谐波磁场，使得由横向电流产生的附加铁磁损耗明显降低，有效降低电磁噪音，节能效果明显。
作为所述正弦波斜槽的一种具体实施方式，为使阐述相对简化，如图4所示，将所述铁芯1的外周壁展开，且展开后的外周壁假定投影在W平面上，所述斜槽的起点定义为O，所述斜槽的终点定义为B，经由所述O点建立X-Y坐标系，其中X轴的方向与所述铁芯1的轴线平行，所述铁芯1的轴向长度为L，所述正弦波的所述导条21上任意一点A点与Y轴之间的距离为x(可以理解的是，此处虽然是对导条21在形状上的具体限定，其也同样适用于所述正弦波斜槽的形状)，所述A点与X轴之间的距离为y，所述x与y存在如下关系：
式(1)中I为转子斜槽度，bsk为正弦波的偏移最大高度。
所述x在任意一点处的磁势正相关于该处的所述y，y随x变化呈一定的正弦化，故所述导条21上的磁势在轴向上也呈连续的正弦化，从而进一步提高电机的磁场正弦度，并进一步增加起动时的集肤效应，起动性能得到进一步提高。
由于正弦鼠笼导条21的作用，在所述铁芯1上的任意一点A点受到同一根鼠笼导条21多个方向的电势影响，合成电势反而被削弱，削弱幅度与bsk相关，bsk设计的越大，合成电动势越弱，横向电流越低，则对于极数为p的电机，削弱系数j的计算公式如下：
但由于所述斜槽3具有相位差，使所述导条21中产生横向电流，且此横向电流随着转子斜槽度I的增大而增大，该增大幅度系数h的计算公式如下：
故合成削弱系数ja的计算公式如下：
为使能大幅削弱横向电流，优选地，使转子斜槽度I＝(1～1.5)πD/Z，其中Z为冲片11的槽口12的数量，D为所述冲片11的直径，所述斜槽3具有转子斜槽度I，更进一步的，所述正弦波的偏移最大高度bsk＝I/4～I/3，此时能够保证ja＜0.1以下，从而大幅削除电机导条21内和导条21间的谐波电势，同时避免产生较高的漏抗。
斜槽转子中，同一根铸铝导体的各个小段在磁场中的位置互不相同，所以与直槽时相比较，导体中的感应电动势将有所削弱。把斜槽内的导体看作为无限多根短小直导体的串联，每两根相邻的直导体之间有一个微小的相位差，从而在整体上削弱谐波感应电动势，从而削弱谐波磁场。削弱幅度以斜槽因数k表示，则对于v次的高次谐波，斜槽因数k公式如下：
同时由于采用的正弦斜槽式结构，相比斜槽转子，其每相邻两个短直导体之间的电动势存在正弦分量，能够进一步加强斜槽对于高次谐波的滤除抑制作用。考虑正弦后的合成斜槽因数ka的公式如下：
同时由于正弦斜槽对于基波的抑制效果由于前后波峰波谷的叠加而相互抵消，故对于基波无抑制效果。所述正弦波的偏移最大高度bsk＝I/4～I/3，能够使ka＜0.1，经验证，谐波电势的幅值能降低90％，噪音能够降低5～8dB。
当然，同时保证ja和ka两个系数都在0.1以下，能够更大幅度地削除电机导条21内和导条21间的谐波电势，同时避免产生较高的漏抗。
所述的正弦波斜槽可以采用多种方式实现，优选地，所述铁芯1由多个冲片11叠压而成，所述冲片11具有多个转子齿13，相邻的两个所述转子齿13在所述冲片11的外周壁周向上形成槽口12，各个冲片11的槽口12扭斜成所述正弦波的形状，形成所述正弦波斜槽，由于通过对各个冲片11的槽口12扭斜形成所述正弦波斜槽，无需对现有的冲片11进行特殊加工，提高了工作效率，更进一步的，所述冲片11为梨形槽结构，采用梨形槽结构，冲制难度低，工艺简单，更加适用于批量生产。
优选地，电机极数为p，所述正弦波斜槽沿所述电机转子的轴向具有N个正弦周期，N＝k*p/2，其中k为正整数，也即所述正弦周期的个数是电机极对数(p/2)的整数倍，使电机的气隙磁场在电机轴向上更加趋向于正弦化，这能够更进一步的抑制电机磁场噪声。
优选地，所述鼠笼2采用铝压铸成型。更具体的，所述鼠笼2包括端环22及多个所述导条21，多个所述导条21沿着所述端环22的圆周方向均匀间隔设置在两个端环22之间。采用铝压铸成型的方式对所述鼠笼2进行成型，在压铸铝的过程中，由于所述正弦波斜槽具有多个波峰及波谷，铝液在正弦波斜槽的波峰和/或波谷处集中滞留，从而增大压铸过程中铝液的压强，将液体的气泡排出，避免产生空洞，提高铸铝质量，这能够有利避免现有技术中采用直槽或者传统斜槽中的鼠笼导条由于铸造过程中存在气泡导致的断裂现象，提高了所述鼠笼2的结构强度。
根据本发明的实施例，还提供一种电机，包括电机定子、电机转子，所述电机转子内置于所述电机定子中，所述电机转子为上述的电机转子，由于采用了上述的电机转子，能够大幅降低导条的横向电流、削弱齿谐波磁场，使得由横向电流产生的附加铁磁损耗明显降低，减小转子轴向脉动，提高了电机的起动性能及运行效率，有效降低电磁噪音及脉振噪音，节能效果明显。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电机转子，其特征在于，包括铁芯(1)、鼠笼(2)，所述铁芯(1)的外周壁上具有多个斜槽(3)，多个斜槽(3)相互平行，所述斜槽(3)的起点与终点的连线与所述铁芯(1)的轴线形成夹角，所述斜槽(3)为正弦波斜槽，所述正弦波斜槽以正弦波的形状由所述铁芯(1)的一端延伸至另一端，所述鼠笼(2)具有多个导条(21)，各个所述导条(21)的形状与其所对应的所述斜槽(3)相匹配，各个所述导条(21)分别对应处于各个斜槽(3)中。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述铁芯(1)由多个冲片(11)叠压而成，所述冲片(11)具有槽口(12)，各个冲片(11)的槽口(12)扭斜成所述正弦波的形状，形成所述正弦波斜槽。
3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述冲片(11)的槽口(12)的数量为Z个，所述冲片(11)的直径为D，所述斜槽(3)具有转子斜槽度I，I＝(1～1.5)πD/Z。
4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述正弦波具有偏移最大高度bsk，bsk＝I/4～I/3。
5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，将所述铁芯(1)的外周壁展开，且展开后的外周壁假定投影在W平面上，所述斜槽的起点定义为O，所述斜槽的终点定义为B，经由所述O点建立X-Y坐标系，其中X轴的方向与所述铁芯(1)的轴线平行，所述铁芯(1)的轴向长度为L，所述导条(21)上任意一点A点与Y轴之间的距离为x，所述A点与X轴之间的距离为y，所述x与y存在如下关系：
6.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述冲片(11)为梨形槽结构。
7.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，电机极数为p，所述正弦波斜槽沿所述电机转子的轴向具有N个正弦周期，N＝k*p/2，其中k为正整数。
8.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述鼠笼(2)采用铝压铸成型。
9.一种电机，包括电机定子、电机转子，所述电机转子内置于所述电机定子中，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至8中任一项所述的电机转子。
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