CN1286821A

CN1286821A - 电动机

Info

Publication number: CN1286821A
Application number: CN98813257A
Authority: CN
Inventors: 梶原宪三; 永井宏树; 藤垣哲朗; 高桥身佳; 三上浩幸; 桑原平吉; 高桥研二
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2001-03-07
Also published as: EP1050949A4; KR20010034236A; WO1999038244A1; JP3855658B2; EP1050949A1

Abstract

一种能够改善电动机的冷却效率同时又可保持电动机的特性不致变坏的电动机。在定子铁心2和转子铁心3中,在对应于流过空气间隙10的冷却空气的下游侧的40%范围的部分,安排径向空气导管9,用于连通轴向空气导管7和8与定子铁心2和转子铁心3之间的间隙,即所谓的空气间隙10。此外,使空气间隙10的大小在满足一个预定的关系式的数值范围内。在设在定子铁心2的每个槽15中插入一个具有磁性的槽楔16。

Description

电动机

本发明涉及一种电动机，电动机的铁心设有空气导管，用于在轴向和径向流通冷却空气。

现有技术的电动机有这种通风结构，如在日本实用新型专利公开出版物第Sho61-156447中所公开的。即，在定子铁心和定子框架之间以及在转子铁心中都设有多个轴向连续的轴向空气导管。此外，在定子铁心中和在转子铁心中，都设有径向空气导管，所说的径向空气导管将定子铁心和转子铁心之间的间隙(即所谓的空气间隙)与轴向空气导管连通。进而，在铁心的对应于流过空气间隙的冷却空气的下游侧的部分，提供多个这样的空气导管。在现有技术电动机中试图利用如以上所述的通风结构改善铁心的对应于流过空气间隙的冷却空气的下游侧的部分的冷却效率。

电动机内达到最高温度的部分是靠近空气间隙的上述铁心部分。这是因为高次谐波等的损耗集中发生在靠近空气间隙的上述铁心部分。因此，为了改善电动机的冷却效率，必须冷却靠近空气间隙的上述铁心部分。尤其重要的是，要冷却流过空气间隙的冷却空气的下游侧的铁心部分，这里的冷却空气的冷却效率很差。

在上述情况下，在现有技术的电动机中安排了多个径向空气导管，这些径向空气导管围绕如以上所述的流过空气间隙的冷却空气的下游侧的铁心部分，使流过转子铁心中轴向空气导管的相对低的温度的冷却空气流入所说的部分，这似乎是非常有效的。

然而已经发现，只在流过空气间隙的冷却空气的下游侧的铁心周围设置多个径向空气导管，不可能获得在流过空气间隙的冷却空气的下游侧的铁心部分冷却效率的改进。这是因为流过设在转子铁心中的径向空气导管冷却空气遮挡流过了空气间隙的冷却空气，因此绝大部分的冷却空气借助于设在定子铁心中的径向空气导管被引向在定子铁心和定子框架之间的轴向空气导管，因而阻止大部分冷却空气流入空气间隙的下游侧。

本发明的第一个目的是提供一种电动机，这种电动机能够抑制由于高次谐波等引起的集中在靠近空气间隙的铁心部分的损耗的发生，因此可以改善电动机的冷却效率。本发明的第二个目的是提供一种电动机，这种电动机能够改善电动机的冷却效率，同时又能保持电动机的特性不致变差。

按照本发明的第一电动机包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有安排在定子框架和定子铁心之间的多个轴向连续的第一空气导管，多个轴向连续的第二空气导管，和设在转子铁心内的连通第二空气导管与在定子铁心和转子铁心之间的间隙的一个第三空气导管，并且还有一个具有磁性的并且插入设在定子铁心中的多个槽中的每个槽中的槽楔。

按照第一电动机，流过第二空气导管的冷却空气的温度相对于流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的温度要低，流过第二空气导管的冷却空气流入定子铁心和转子铁心之间的间隙，因此可以有效地从定子铁心和转子铁心之间的间隙吸收热量。此外，借助于具有磁性的槽楔，减小了间隙磁通的高次谐波分量，因此，可以减小在定子铁心和转子铁心之间的间隙的周围的温升。于是，可以实现电动机的冷却效率的改进。

在第一电动机中，优选的作法是，在定子铁心内安排一个第四空气导管，第四空气导管连通第一空气导管与定子铁心和转子铁心之间的间隙。

进而，在第一电动机中，当电动机以大于1200rpm(转数/分钟)的转速运行时，优选的作法是，第三空气导管安排在转子铁心的对应于流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的下游侧的40％范围的部分。

上述的流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的下游侧的40％范围意味着，从冷却空气的下游端到冷却空气的上游侧的间隙长度与间隙的总轴向长度之比值。定子铁心和转子铁心之间的间隙意味着，在定子铁心和转子铁心之间的从芯的一端延伸到另一端的空间。

进而，在第一电动机中，当电动机以1200rpm或以下的转速运行时，优选的作法是，第三空气导管以基本上相等的间隔安排在转子铁心的轴向方向的多个位置。

按照本发明的第二电动机包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有安排在定子框架和定子铁心之间的多个轴向连续的第一空气导管，多个轴向连续的第二空气导管，设在转子铁心内的连通第二空气导管与在定子铁心和转子铁心之间的间隙的一个第三空气导管，和设在定子铁心内的连通第一空气导管与在定子铁心和转子铁心之间的间隙的一个第四空气导管，并且使定子铁心和转子铁心之间的间隙的大小满足下面的关系式：0.015≤g/Dsi×P≤0.040，

其中，P是电动机的极数，Dsi是定子铁心的内径，g是定子铁心和转子铁心之间的间隙的大小。

按照第二电动机，流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的风压和流过第三空气导管的冷却空气的风压基本上相等，因此，在定子铁心和转子铁心之间的间隙，流过第三空气导管的冷却空气分支成流过第四空气导管的冷却空气和流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气，借此实现了在定子铁心和转子铁心之间的对应于第三空气导管的第三空气导管下游部分的间隙的冷却。与此同时，由于距转子铁心的间隙g满足上述关系式，可以获得的电动机的最大转矩为160％或以上，电动机内的温升为100K或以下，电动机的功率因数为78％或以上。即，改善了电动机的冷却效率，同时又保持电动机的特性不致变坏。

在第二电动机中，当电动机以大于1200rpm的转速运行时，优选的作法是，第三空气导管和第四空气导管都安排在转子铁心和定子铁心的对应于流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的下游侧的40％范围的部分。

在第二电动机中，当电动机以1200rpm或以下的一个转速运行时，优选的作法是，第三空气导管和第四空气导管以基本上相等的间隔安排在转子铁心和定子铁心的轴向方向的多个位置。

按照本发明的第三电动机包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有：安排在转子铁心的转轴的一端的这一侧的一个冷却风扇，用于在转子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，和一个具有磁性的并且插入设在定子铁心中的每个槽中的槽楔。

按照第三电动机，比流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的温度要低的冷却空气流入定子铁心和转子铁心之间的间隙，因此可以有效地从定子铁心和转子铁心之间的间隙吸收热量。此外，借助于具有磁性的槽楔，减小了间隙磁通的高次谐波分量，因此，可以减小在定子铁心和转子铁心之间的间隙的周围的温升。于是，可以实现电动机的冷却效率的改进。

进而，在第三实施例中的优选的作法是，在定子铁心内安排一个空气导管，该空气导管在径向方向传送冷却空气。

按照本发明的第四电动机包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有安排在转子铁心的转轴的一端这一侧的一个冷却风扇，用于在转子铁心和定子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且使定子铁心和转子铁心之间的间隙的大小满足下面的关系式：0.015≤g/Dsi×P≤0.040，

按照第四电动机，流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的风压和流过用于沿径向方向传送冷却空气的并且设在转子铁心中的空气导管的风压基本上相等，因此，在定子铁心和转子铁心之间的间隙，流过用于沿径向方向传送冷却空气的并且设在转子铁心中的空气导管的冷却空气分支成流过用于沿径向方向传送冷却空气的并且设在定子铁心中的空气导管的冷却空气和流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气，借此实现了在定子铁心和转子铁心之间的对应于用于沿径向方向传送冷却空气的并且设在转子铁心中的空气导管的空气导管下游部分的间隙的冷却。与此同时，由于距转子铁心的间隙g满足上述关系式，可以获得的电动机的最大转矩为160％或以上，电动机内的温升为100K或以下，电动机的功率因数为78％或以上。即，改善了电动机的冷却效率，同时又保持电动机的特性不致变坏。

按照本发明的第五电动机包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有这样一种端部结构：从一端吸入外部空气并且从另一端排放空气，并且具有：用于在转子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且还有一个具有磁性的并且插入设在定子铁心中的每个槽中的槽楔。

按照第五电动机，可以实现如上述的第三实施例实现的电动机冷却效率的改进。

在第五实施例中，优选的作法是，沿径向方向传送冷却空气的空气导管安排在定子铁心内。

按照本发明的第六电动机包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有这样一种端部结构：从一端吸入外部空气并且从另一端排放空气，并且具有：用于在转子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且使定子铁心和转子铁心之间的间隙的大小满足下面的关系式：0.015≤g/Dsi×P≤0.040，

按照第六电动机，可以实现如上述的第四实施例实现的电动机冷却效率的改进，同时又保持电动机的特性不致变坏。

按照本发明的第七电动机包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有：安排在转子铁心中的沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，和一个具有磁性的并且插入设在定子铁心中的多个槽中的每个槽中的槽楔，并且槽开口的径向方向的尺寸为0-0.8mm的范围。

这里，槽开口意指从定子铁心的内表面到槽楔的槽空间，槽开口的径向方向尺寸意指从定子铁心的内表面到槽楔的长度。

按照第七电动机，可将间隙通量的高次谐波分量减小到低于上述第三电动机的高次谐波分量，并且还可将定子铁心和转子铁心之间的间隙周围的温升降低到低于第三电动机中的温升。于是，第七电动机的冷却效率的改进优于第三实施例的冷却效率的改进。

在第七电动机中，优选的作法是，在定子铁心中安排一个在径向方向传送冷却空气的空气导管。

进而，在第七电动机中，优选的作法是，槽开口径向方向的大小定在0-0.3mm的范围内。

按照本发明的第八电动机是电动机的最大转矩为160％或以上和电动机内的温升为100K或以下的电动机，它包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有：用于在转子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，和一个具有磁性的并且插入设在定子铁心中的多个槽的每个槽中的槽楔。

按照第八电动机，可以实现如上述的第三电动机实现的电动机冷却效率的改进，同时又保持电动机的特性不致变坏。

在第八电动机中，优选的作法是，在定子铁心中安排一个在径向方向传送冷却空气的空气导管。

按照本发明的第九电动机是该电动机的最大转矩为160％或其以上和电动机内的温升为100K或其以下的电动机，它包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有：用于在转子铁心和定子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，电动机的功率因数为78％或其以上。

按照第九电动机，流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的风压和流过用于沿径向方向传送冷却空气的并且设在转子铁心中的空气导管的风压基本上相等，因此，在定子铁心和转子铁心之间的间隙，流过用于沿径向方向传送冷却空气的并且设在转子铁心中的空气导管的冷却空气分支成流过用于沿径向方向传送冷却空气的并且设在定子铁心中的空气导管的冷却空气和流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气，借此实现了在定子铁心和转子铁心之间的对应于用于沿径向方向传送冷却空气的并且设在转子铁心中的空气导管的空气导管下游部分的间隙的冷却。与此同时，获得的电动机的最大转矩为160％或以上，电动机内的温升为100K或以下，电动机的功率因数为78％或以上。即，改善了电动机的冷却效率，同时又保持电动机的特性不致变坏。

按照本发明的第十电动机包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有安排在定子框架和定子铁心之间的多个轴向连续的第一空气导管，多个轴向连续的第二空气导管，设在转子铁心内的连通第二空气导管与在定子铁心和转子铁心之间的间隙的一个第三空气导管，设在定子铁心内的连通第一空气导管与在定子铁心和转子铁心之间的间隙的一个第四空气导管，和一个具有磁性的并且插入设在定子铁心中的多个槽的每个槽中的槽楔，并且使定子铁心和转子铁心之间的间隙的大小满足下面的关系式：0.015≤g/Dsi×P≤0.040.

按照第十电动机，流过第二空气导管的冷却空气的温度相对于流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的温度要低，流过第二空气导管的冷却空气流入定子铁心和转子铁心之间的间隙，因此可以有效地从定子铁心和转子铁心之间的间隙吸收热量。此外，借助于具有磁性的槽楔，减小了间隙磁通的高次谐波分量，因此，可以减小在定子铁心和转子铁心之间的间隙的周围的温升。此外，流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的风压和流过第三空气导管的冷却空气的风压基本上相等，因此，在定子铁心和转子铁心之间的间隙，流过第三空气导管的冷却空气分支成流过第四空气导管的冷却空气和流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气，借此实现了在定子铁心和转子铁心之间的对应于第三空气导管的下游部分的间隙的冷却。与此同时，由于距转子铁心的间隙g满足上述关系式，可以获得的电动机的最大转矩为160％或以上，电动机内的温升为100K或以下，电动机的功率因数为78％或以上。因此，可以抑制集中在定子铁心和转子铁心之间的间隙周围的铁心部分的高次谐波等引起的损耗，改善了电动机的冷却效率，并且在获得电动机的冷却效率的改善的同时又保持了电动机的特性不致变坏。

图1是一个垂直剖面图，表示一个鼠笼式感应电动机，以此作为本发明的第一实施例；

图2是沿图1的Ⅱ-Ⅱ线取的剖面图；

图3是图2的部分Ⅲ的放大剖面图；

图4是图1的部分Ⅴ的放大透视图；

图5是一个垂直剖面图，表示一个鼠笼式感应电动机，以此作为本发明的第二实施例；

图6是表示电动机内的温升和关系式g/Dsi×P之间的关系的曲线图；

图7是表示电动机的最大转矩和关系式g/Dsi×P之间的关系的曲线图；

图8是表示电动机内的功率因数和关系式g/Dsi×P之间的关系的曲线图；

图9是表示电动机的总损耗和额定输出之间的比值和关系式g/Dsi×P之间的关系的曲线图；

图10是表示电动机的特性(效率、功率因数)及电动机内的最高温度和空气间隙大小之间的关系的曲线图。

下面参照附图描述本发明的一个实施例。

参照附图1-4描述本发明的第一实施例的一个鼠笼式感应电动机的结构。标号1代表一个圆筒形的一个定子框架。在定子框架1的内周侧，设置一个圆筒形的定子铁心2。在定子铁心2的内周侧，设置一个转子铁心3，其间横跨一个间隙，即所谓的空气间隙10。标号4代表一个转轴，转子铁心3装配在转轴4的周围。

在定子铁心2中，有多个沿圆周方向按预定间隔分开的轴向连续的槽15。多个槽15中的每一个都包含定子绕组5。此外，多个槽15中的每一个都设有一个如图3所示的插入其中的T形的槽楔16，以使定子绕组5不致于掉下来。如所用的槽楔16是磁导率为10-50μH/m具有磁性的槽楔，例如参见“日本电气工程学会的有关磁学MAG-85-160学术讨论会报告(1985年出版)”的第33-39页。

现在，当用W代表槽5的开口，用h代表从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离，并且用Shw代表槽15的用槽15的开口W和从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离的乘积给出的横截面积，那么，从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离h就被确定为在0-0.8mm的范围内，优选的为0-0.3mm,并且使槽15的开口的横截面积Shw较小。这是为了借助于插入槽15中的具有磁性的槽楔16减小间隙磁通的高次谐波分量的产生。

更加具体地说，由于间隙的磁导存在脉动成分，而这个脉动成分的发生又和槽15的开口W相关，所以使间隙的磁通的高次谐波成分变得十分明显。当间隙的磁通的高次谐波分量变得十分明显时，由于磁通的趋肤效应，使高次谐波的损耗集中在空气间隙10的附近，从而使空气间隙10附近的温度较高，电动机内的温度升高。因此，将具有磁性的槽楔16插入槽15中，以减小间隙的磁通的高次谐波分量。

然而，从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离h如果不是很小，就不可能得到更多的效果。此外，从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离h如果不是很小，那么，槽的泄漏磁通将要增加，电动机的特性将要变差。因此，在该实施例中，从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离h就被确定为在0-0.8mm的范围内，优选的为0-0.3mm。

转子铁心3沿圆周方向设有多个分开预定间隔的轴向连续的槽18。多个槽18中的每一个都包括转子绕组6。

在定子框架1和定子铁心2之间有多个轴向连续的空气导管7，这些空气导管7沿圆周方向以预定的间隔分布。在定子铁心2中，有多个径向空气导管9a，这些径向空气导管9a连通多个轴向空气导管7与在圆周方向按预定间隔分布的空气间隙10。此外，所说的径向空气导管9a设置在转子铁心的两个位置，这两个位置对应于流过空气间隙10的冷却空气的下游侧的40％的范围。

在转子铁心3中，在圆周方向以预定的间隔分布有多个轴向连续的轴向空气导管8。此外，转子铁心3还设有多个径向空气导管9b，多个径向空气导管9b将在圆周方向以预定的间隔分布的多个轴向空气导管8与空气间隙10连通。此外，所说的径向空气导管9a设置在转子铁心的两个位置，这两个位置对应于流过空气间隙10的冷却空气的下游侧的40％的范围。此外，安排径向空气导管9a和径向空气导管9b以便相互抵销补偿。

上述的流过定子铁心和转子铁心之间的间隙的冷却空气的下游侧的40％范围意味着，从冷却空气的下游端到冷却空气的上游侧的间隙长度与间隙的总轴向长度之比值。

通过在槽16之间设置形状和槽16基本上相同的环形内导管垫块17，在轴向方向将转子铁心3分成多个分段，从而形成设在转子铁心3中的多个径向空气导管9b。转子绕组6穿过径向空气导管的内部。

此外，在本发明中，为了改善流过空气间隙10的冷却空气的冷却效率，同时又保持电动机的特性不致变坏，要使定子铁心和转子铁心之间的间隙的大小满足下面的关系式：0.015≤g/Dsi × P≤0.040， (方程1)

其中，P是电动机的极数，Dsi是定子铁心的内径，g是定子铁心和转子铁心之间的间隙10的大小。

更加具体地说，当从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离h确定在0-0.8，或者优选的在0-0.3之间，则需要相应地改变空气间隙10的大小g，以便不会极大地减小插入槽15中的具有磁性的槽楔16的作用，此外，也不会引起槽泄漏磁通的增加使电动机的特性变差。否则，空气间隙10的通风能力下降，流过空气间隙10的冷却空气的气流和气压将变得小于流过径向空气导管9b的冷却空气的气流和气压，使得流过空气间隙10的冷却空气被流过径向空气导管9b的冷却空气挡住。结果，使冷却空气几乎不能流过空气间隙10的下游侧，使空气间隙10在下游侧的冷却效果很差。

因此，较好的作法似乎是增加空气间隙10的大小g，但是，只增加空气间隙10的大小g，将引起激励安匝的增加，从而使电动机的特性变差。出于这一原因，在本发明中，将空气间隙10的大小g定为满足方程1，以便可以实现流过空气间隙的冷却空气的的冷却效率的改进，同时又可保持电动机的特性不致变坏。

在定子框架1的两端，提供具有通风孔12a的环形托架12，从两侧覆盖定子框架1。在托架12的内周边，提供轴承单元13，支撑转子轴4转动。在转子轴4的一端，提供一个冷却风扇11。在提供冷却风扇11的电动机的端部用一个风扇盖14覆盖，这里制造一个空气入口14a。

现在，参照附图1描述本实施例的鼠笼式感应电动机内的冷却效率的流动。图1中的箭头表示冷却空气的流动。

当冷却风扇11通过转子轴4的转动而转动时，外部空气作为冷却空气通过风扇盖14的空气入口14a吸入，并且经过托架12的通风孔12a送入电动机内。送入电动机内的冷却空气分成3个部分，即轴向空气导管7、轴向空气导管8、空气间隙10，以便冷却定子铁心2和转子铁心3。

流过轴向空气导管8的冷却空气冷却转子铁心3的内部，并且在与径向空气导管9b的交叉分为轴向方向和径向方向。轴向方向的冷却空气向下游方向流过轴向空气导管2，因而同时冷却了转子铁心3的内部，并且流入电动机的内部。另一方面，径向的冷却空气流过径向空气导管9b，因而同时冷却了转子铁心3的内部，并且流入空气间隙10。流入空气间隙10的冷却空气碰到了来自于空气间隙10的上游侧的并且同时冷却了它通过的部分的冷却空气。

此时，由于流过径向空气导管9b的冷却空气的风压力和流过空气间隙10的冷却空气的风压力基本上相等，所以流过空气间隙10的冷却空气不会被流过径向空气导管的冷却空气挡住。此外，流过径向空气导管9b的冷却空气借助于径向空气导管9b和随转子铁心3的转动而转动的内导管垫块17可以接收到风扇的作用。

在空气间隙10的下游侧相会的冷却空气流在它们相会的部分又分成轴向方向和径向方向。在轴向方向冷却空气冷却空气间隙10的附近部分，同时又向下游方向流过空气间隙10并流入电动机内部。

这时，由于流过轴向空气导管8的冷却空气的温度比流过空气间隙10的冷却空气的温度要低，并且流过轴向空气导管8的冷却空气可被引向温度相对较高的空气间隙10的下游侧，因此，可以有效地从空气间隙10的温度较高的部分吸收热量。可以实现在空气间隙10的下游侧的冷却效率改善。

另一方面，在径向方向的冷却空气冷却定子铁心2的内部，同时又流过径向空气导管9a，并流入轴向空气导管7。流入轴向空气导管7的冷却空气和从轴向空气导管7的上游侧流来的同时冷却定子铁心2的外周边的冷却空气相会合。会合的冷却空气流向下游方向流过轴向空气导管7，同时冷却定子铁心2的外周边，并且流入电动机的内部。借助于轴向空气导管7、轴向空气导管8、和空气间隙10流入电动机内部的冷却空气通过设在托架12中的通风孔12a流出电动机。

下面，参照附图6-9，描述由方程1给出的数值范围。

本发明人作了一系列实验，其目的是为了获得空气间隙10的大小，借此可以改善流过空气间隙的冷却空气的冷却效率，同时又可保持电动机的特性不致变坏。首先，本发明人通过实验获得了电动机的温升、最大转矩、功率因数、和电动机的总损耗和额定输出之间的比例等与方程1的关系式的相互关系，然后，用电动机将要碰到的特定的数值和类似的数值去检查通过实验获得的特性。于是，获得了满足所有的特定数值和类似的数值的在方程1中给出的数值范围。

图6-9是综合表示通过实验获得的电动机的温升、最大转矩、功率因数、和电动机的总损耗和额定输出之间的比例等和方程1的关系式的相互关系的曲线图。在这些曲线中，沿横坐标轴的是方程1的关系式的值，沿纵坐标轴的是每个特征值。顺便提一下，在图6-9的特性曲线中，表示的是2极、4极、6极、和8极电动机的特性。

图6的特性曲线表示的是电动机内的温升和方程1的关系式的相互关系。按照标准，例如JEC 37(由日本电气工程协会的标准化研究会批准的标准“感应电动机“)，电动机内的温升必须是100K或以下。因此，本发明人用特定的数值检查图6。结果发现，当方程1的关系式中的数值范围在0.015-0.040内时，在所有的2极、4极、6极、和8极电动机中，都可满足温升的特定数值。

图7的特性曲线表示的是电动机的最大转矩和方程1的关系式的相互关系。按照标准，例如JEC 37，电动机的最大转矩必须是160％或以上。因此，本发明人用特定的数值检查图7。结果发现，当方程1的关系式中的数值范围在0.015或以上时，在所有的2极、4极、6极、和8极电动机中，都可满足最大转矩的特定数值，并且还可满足电动机内的温升的特定数值。

图8的特性曲线表示的是电动机的功率因数和方程1的关系式的相互关系。按照标准，例如JEM 1381(由日本电气工业协会批准的标准“高压(3KV类)3相鼠笼式感应电动机(通用，F类)的特征和噪声电平”)等，电动机的功率因数虽然和极数及电动机输出有关，但至少必须是73.5％或以上。因此，本发明人用特定的数值检查图8。结果发现，当方程1的关系式中的数值范围在0.040或以下时，在所有的2极、4极、6极、和8极电动机中，都可满足功率因数的特定数值，并且还能满足电动机内的温升的特定数值。顺便提一下，当这个值为0.040或以下时，获得的功率因数为78％或以上。

图9的特性曲线表示的是电动机的总损耗与电动机的额定输出的比值和方程1的关系式的相互关系。按照节能的要求，最好使电动机的总损耗较小。因此，最好使电动机的总损耗与电动机的额定输出的比值较小。因此，本发明人用满足电动机的温升、最大转矩、和功率因数的特定数值，即0.015至0.040的上述数值范围检查图9。结果发现，如果数值范围在0.015-0.040内，则可完全满足上述要求。

因此，本发明人发现，使方程1的关系式的数值范围在0.015-0.040内，并且确定空气间隙10的大小以满足这个数值范围，就可以实现流过空气间隙10的冷却空气的冷却效率的改进，同时又可保持电动机的特性不致变坏。虽然在图6-9特性曲线中只提及2极、4极、6极、和8极电动机的例子，但上述的数值范围也可以应用到具有其它极数的电动机。

下面参照附图10描述本实施例的鼠笼式感应电动机和与本实施例结构不同的鼠笼式感应电动机之间的比较结果。

为了比较本实施例的鼠笼式感应电动机和与本实施例结构不同的鼠笼式感应电动机，本发明人针对空气间隙的大小g并在输出额定输出的120的条件下测量了电动机的特性(效率，功率因数)和电动机内的最高温度，其中使用定子铁心的槽开口的横截面积Shw、插入定子铁心槽内的槽楔的材料、存在或不存在径向空气导管(在径向方向的空气导管)作为参数。结果，获得了如图10所示的特性曲线。

比较对于指定的空气间隙大小g1的特性曲线。第一电动机没有径向空气导管，具有小的槽开口横截面积Shw，并且其中设有具有磁性的槽楔；第二电动机也没有径向空气导管，具有小的槽开口横截面积Shw，并且其中设有非磁性的槽楔；第一电动机展示出比第二电动机有所改进的电动机的特性，并且产生比第二电动机低的电动机内最高温度。然而，这两个电动机产生的电动机内最高温度都超过了特定数值。

第三电动机没有径向空气导管，具有大的槽开口横截面积Shw，并且其中设有具有磁性的槽楔；第三电动机展示的电动机特性满足特定数值，但低于第二电动机的数值。这是因为具有大的槽开口横截面积Shw将使漏磁通极大地增加的缘故。虽然第三电动机产生的电动机内的最高温度低于第一电动机中的最高温度，但却低于第四电动机中的最高温度，第四电动机也没有径向空气导管，具有大的槽开口横截面积Shw，并且其中设有非磁性的槽楔；这个电动机产生的电动机内最高温度超过了特定数值。这是因为，当槽开口横截面积Shw的大小改变时，在第四电动机的情况下，电动机的特性只是略有改变；而当槽开口横截面积Shw的大小改变时，在第三电动机的情况下，电动机的特性有极大的改变。

另一方面，在本实施倒的鼠笼式感应电动机的情况下，即，具有径向空气导管、具有小的槽开口横截面积Shw、并且其中设有具有磁性的槽楔的鼠笼式感应电动机，电动机的特性和电动机内的最高温度都满足特定数值，此外，和第一电动机相比改善了电动机的特性，和第四电动机相比减小了电动机内的温升。

因而，在本实施例的鼠笼式感应电动机中，可以实现电动机的冷却效率的改善，同时又可防止电动机的特性变坏，并且可以获得在电动机的特性和冷却效率方面优于上述任何一种电动机的改进。

按照上述的第一实施例，由于在定子铁心2中提供的槽15内插入具有磁性的槽楔16，所以可以减小间隙的磁通的高次谐波分量，并且可以改善在空气间隙10周围的冷却效率。此外，由于从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离h设定在0-0.8mm范围内，或者优选的在0-0.3mm内，并且使槽15的开口的横截面积Shw很小，所以可以进一步改善上述的效果。

按照第一实施例，由于确定了空气间隙10的大小以满足方程1的关系式，所以流过径向空气导管9b的冷却空气的风压和流过空气间隙10的冷却空气的风压基本上相等，所以流过空气间隙10的冷却空气不会被流过径向空气导管9b的冷却空气挡住，因此可以改善空气间隙10的下游侧的冷却效率。此外，可以在不引起安匝数增加因而不使电动机的特性变坏的条件下实现冷却效率的改善。顺便提一下，可以获得160％或以上的最大转矩、100K或以下的电动机内的温升、和78％或以上的功率因数。

现在描述按照本发明的另一个实施例的鼠笼式感应电动机的结构。

现在参照附图5描述本发明的第二实施例的结构。和前一个实施例的鼠笼式感应电动机相同，这个实施例的鼠笼式感应电动机也有一个插入槽15的具有磁性的槽楔16，并且使从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离h为0-0.8mm范围内，或者优选的在0-0.3mm内，并且使槽15的开口的大小能够满足方程1的关系式。然而，由于这个电动机要在转速为1200rpm以下运行，所以在定子铁心2和转子铁心3的多个位置以基本上相等的间隔设置多个径向空气导管9a和多个径向空气导管9b。

当电动机在超过1200rpm的转速运行时，使用上述结构可以获得满意的结果。但在转速为1200rpm以下转动时，由于转速的减小，设在转子轴4一端的冷却风扇11的速度也将减小，因此，减小了送入电动机内的冷却空气的风压力。因而，送入电动机的大部分冷却空气流过轴向空气导管7和8，只有少量的冷却空气流过空气间隙10。于是，使流过空气间隙10的冷却空气的冷却效率下降。

考虑到这些情况，在本实施例中，在定子铁心2和转子铁心3中的多个位置以大体上相等的间隔提供径向空气导管9a和径向空气导管9b。通过使用这种结构，流过轴向空气导管8的冷却空气的一部分通过径向空气导管9b提供到空气间隙10的上游侧，从而可以防止流过空气间隙10的冷却空气的冷却效率变差。

此外，由于具有磁性的槽楔16插入设在定子铁心2中的槽15内，所以减小了间隙的磁通的高次谐波分量，因此减小了空气间隙周围的温升，改善了空气间隙10周围的冷却效率。此外，由于使从定子铁心2的内表面到槽楔16的距离h为0-0.8mm范围内，或者优选的在0-0.3mm内，并且使槽15的开口的横截面积Shw很小，所以可以进一步强化上述效果。

此外，由于使空气间隙10的大小满足方程1的关系式，所以流过径向空气导管9b的冷却空气的风压和流过空气间隙10的冷却空气的风压基本上相等，所以可以防止流过空气间隙10的冷却空气被流过径向空气导管9b的冷却空气挡住，因此可以改善空气间隙10的下游侧的冷却效率。此外，可以在不引起安匝数增加因而不使电动机的特性变坏的条件下实现冷却效率的改善。顺便提一下，和前一个实施例相同，可以获得160％或以上的最大转矩、100K或以下的电动机内的温升、和78％或以上的功率因数。

按照本发明的电动机，有可能提供一种电动机，其中可以抑制集中在空气间隙周围的铁心部分中的高次谐波等的损耗，并且可以改善电动机的冷却效率。此外，可以提供一种电动机，其中可以改善电动机的冷却效率，同时又能保持电动机的特性不致变坏。

Claims

1、一种电动机，包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有安排在所说定子框架和所说定子铁心之间的多个轴向连续的第一空气导管，安排在所说转子铁心内的多个轴向连续的第二空气导管，和一个插入设在所说定子铁心中的多个槽中的每个槽中的槽楔，其特征在于：具有设在所说转子铁心内的连通所说第二空气导管与所说间隙的一个第三空气导管，并且所说的槽楔由具有磁性的槽楔构成。

2、权利要求1的电动机，其特征在于：在所说定子铁心内安排一个第四空气导管，第四空气导管连通所说第一空气导管与所说间隙。

3、权利要求1或2的电动机，其特征在于：所说第三空气导管安排在所说转子铁心的对应于流过所说间隙的冷却空气的下游侧的40％范围的部分。

4、权利要求1或2的电动机，其特征在于：所说第三空气导管以基本上相等的间隔安排在所说转子铁心的轴向方向的多个位置。

5、权利要求3的电动机，其特征在于：所说电动机以超过1200rpm的转速运行。

6、权利要求4的电动机，其特征在于：所说电动机以1200rpm或以下的转速运行。

7、一种电动机，包括：一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有安排在所说定子框架和所说定子铁心之间的多个轴向连续的第一空气导管，安排在所说转子铁心中的多个轴向连续的第二空气导管，其特征在于：具有设在所说转子铁心内的连通所说第二空气导管与所说间隙的一个第三空气导管，并且具有设在所说定子铁心内的连通所说第一空气导管与所说间隙的一个第四空气导管，并且使所说隙的大小g满足下面的关系式：0.015≤g/Dsi×P≤0.040，

其中，P是电动机的极数，Dsi是所说定子铁心的内径，g是所说间隙的大小。

8、权利要求7的电动机，其特征在于：使所说第三空气导管和所说第四空气导管都安排在所说转子铁心和所说定子铁心的对应于流过所说间隙的冷却空气的下游侧的40％范围的部分。

9、权利要求7的电动机，其特征在于：所说第三空气导管和所说第四空气导管以基本上相等的间隔安排在所说转子铁心和所说定子铁心的轴向方向的多个位置。

10、权利要求8的电动机，其特征在于：所说电动机以超过1200rpm的转速运行。

11、权利要求9的电动机，其特征在于：所说电动机以1200rpm或以下的转速运行。

12、一种电动机，包括一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有：安排在所说转子铁心的转轴的一端的这一侧的一个冷却风扇，和一个插入设在所说定子铁心中的多个槽的每个槽中的槽楔，其特征在于：具有用于在所说转子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且所说的槽楔由具有磁性的槽楔形成。

13、一种电动机，包括：一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有安排在所说转子铁心的转轴的一端这一侧的一个冷却风扇，其特征在于：用于在所说转子铁心和所说定子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且使所说间隙的大小g满足下面的关系式：0.015≤g/Dsi×P≤0.040，

14、一种电动机，包括：一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有这样一种端部结构：从一端吸入外部空气并且从另一端排放空气，并且具有插入设在所说定子铁心中的多个槽的每个槽中的一个槽楔：其特征在于：还具有用于在所说转子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且所说槽楔由具有磁性的槽楔形成。

15、一种电动机，包括：一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有这样一种端部结构：从一端吸入外部空气并且从另一端排放空气，其特征在于：并且具有用于在所说转子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且使所说的间隙的大小满足下面的关系式：0.015≤g/Dsi×P≤0.040，

16、一种电动机，包括：一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，和插入设在所说定子铁心中的多个槽中的每个槽中的槽楔，其特征在于：还具有安排在所说转子铁心中的沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且所说的槽楔由具有磁性的槽楔形成，并且所说槽开口的径向方向的尺寸为0-0.8mm的范围。

17、权利要求16的电动机，其特征在于：所说槽开口径向方向的大小定在0-0.3mm的范围内。

18、一种电动机，包括：一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，和一个插入设在所说定子铁心中的多个槽的每个槽中的槽楔，并且电动机的最大转矩为160％或以上和电动机内的最大温升为100K或以下，其特征在于：还具有用于在所说转子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且所说的槽楔是具有磁性的槽楔。

19、一种电动机，包括：一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且电动机的最大转矩为160％或以上和电动机内的最大温升为100K或以下，其特征在于：还具有用于在转子铁心和定子铁心中沿径向方向传送冷却空气的一个空气导管，并且所说电动机的功率因数保持在78％或以上。

20、一种电动机，包括：一个安排在定子框架内侧的定子铁心和一个安排在所说定子铁心内侧的并且横跨一个间隙的转子铁心，并且具有安排在所说定子框架和所说定子铁心之间的多个轴向连续的第一空气导管，安排在所说转子铁心中的多个轴向连续的第二空气导管，和插入设在所说定子铁心中的多个槽的每个槽中的槽楔，其特征在于：还具有设在所说转子铁心内的连通所说第二空气导管与所说间隙的一个第三空气导管，和设在所说定子铁心内的连通所说第一空气导管与所说间隙的一个第四空气导管，并且所说的槽楔由具有磁性的槽楔形成，并且使所说间隙的大小满足下面的关系式：0.015≤g/Dsi×P≤0.040，

其中，P是电动机的极数，Dsi是定子铁心的内径，g是所述间隙的大小。