專利名稱：一種低損耗的交流電動機定子沖片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于交流電動機設計制造領域，特別涉及一種低損耗的交流電動機定子沖 片。
背景技術：
交流電動機定子鐵心的槽口是為了嵌線方便及嵌線后固定定子線圈。國內外 0. 55kff 315kW交流電機半閉口槽的槽口寬度大致從2. 2mm到4. 5mm,例如YX3-80-4， 0. 75kff電機，槽口寬度為2. 2mm，YX3-335M-4，315kW其槽口寬度為4. 5mm。這種結構在國內 外已經(jīng)沿用了數(shù)十年。一方面，隨著絕緣材料技術的進步以及定子沖片質量的提高，定子繞 組導線本身絕緣變薄，同樣強度的絕緣紙厚度變薄，定子槽口整齊程度隨著沖片模具質量 提高也顯著改進，這就使得采用更窄的槽口也可能放入并列的兩根導線；另一方面，隨著用 戶對能效要求的提高，超高效電機具有更強的競爭力。對電機制造廠來說，如果能夠降低損 耗，使普通效率電機達到高效或超高效，其銷售價格就會提高。而在嵌線時由于槽口變窄使 嵌線生產(chǎn)效率下降和對嵌線工人的技術要求將會提高，將導致制造成本略有增加，但這些 對于高效電機的售價來說，仍然是合算的。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對傳統(tǒng)交流電動機損耗大的問題，提供了可以顯著降低電動機損耗的交 流電動機定子沖片。本發(fā)明提供的結構與傳統(tǒng)的0. 55kW 315kW交流電動機的定子沖片相似，但本發(fā) 明所述低損耗的交流電動機定子沖片的定子槽的槽口寬度是相同型號的傳統(tǒng)交流電動機 定子沖片的定子槽槽口寬度的50-85%，這一改進使氣隙系數(shù)變小，空載電流降低，轉子側 諧波磁場減弱，損耗降低，明顯降低電動機的銅耗和鐵耗。所述低損耗的交流電動機定子沖片的定子槽的槽口寬度范圍由原來的 2. 2mm-4. 5mm 降低至 1. 5mm-3. 4mm。所述低損耗的交流電動機定子沖片的定子槽槽口兩側表面的不整齊度不超過 0. lmm0所述定子沖片的定子槽內嵌裝單根絕緣導線或多根并繞絕緣導線，所述單根絕緣 導線外徑或多根并繞絕緣導線的總外徑與定子沖片槽口寬度相比，至少減小0. 5mm。本發(fā)明的有益效果為(1)由于定子槽的槽口變窄，所以齒頂變寬，氣隙系數(shù)變小，等效氣隙相應變小，空 載電流也隨之降低，電動機滿載運行時功率因數(shù)也相應提高，滿載電流減小，同時轉子鐵心 表面及轉子齒頂區(qū)域由諧波磁場產(chǎn)生的損耗顯著降低，這樣，使電動機銅耗與鐵耗都明顯 降低，獲得明顯節(jié)能效果，符合社會發(fā)展的需要。(2)在原來設計采用較粗導線且允許兩根并列嵌入槽內的情況下，采用較窄的槽 口后，嵌線環(huán)節(jié)生產(chǎn)成本雖然有所提高，但對于勞動力成本不高的制造廠商來說，高效電機的銷售價格的提高能大幅度抵消制造成本的增大，因此采用窄槽口具有較好的經(jīng)濟價值。(3)本發(fā)明不僅適用于0. 55kW 315kW的中小型異步電動機，對于大型異步電機 以及稀土永磁電動機等交流電動機也可以采用本發(fā)明所述改進手段對電機定子槽進行改 造，且節(jié)能效果明顯。
圖1為本發(fā)明中所提出的定子沖片示意圖，在此以5. 5kff電機定子沖片為例；圖2(a)和圖2(b)為本發(fā)明中提出的改進定子槽型與傳統(tǒng)槽型對照圖；圖3為實施例一所計算的5. 5kW異步電機分別采用傳統(tǒng)槽型與改進槽型時，轉子 齒頂區(qū)域沿切向損耗密度對比結果；圖4為實施例一中5. 5kW異步電機槽口為3. 5mm時，轉子某個齒的齒頂中間位置 磁密隨時間變化曲線；圖5為實施例一中5. 5kW異步電機槽口為2. 7mm時，轉子某個齒的齒頂中間位置 磁密隨時間變化曲線。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種低損耗的交流電動機定子沖片，下面通過
和具體實施 方式對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明提供的交流電動機定子沖片與傳統(tǒng)的0. 55kff 315kW交流電動機的定子 沖片結構相似，但本發(fā)明所述低損耗的交流電動機定子沖片的定子槽的槽口寬度是相同型 號的傳統(tǒng)交流電動機定子沖片的定子槽槽口寬度的50-85%，這一改進使氣隙系數(shù)變小，空 載電流降低，轉子側諧波磁場減弱，損耗降低，明顯降低電動機的銅耗和鐵耗。同時，由于定 子沖片的定子槽槽口寬度減小，定子槽內的導線線規(guī)需做相應變化，在此設計定子槽內單 根絕緣導線外徑或多根并繞絕緣導線總外徑與定子沖片槽口寬度相比，至少減小0. 5mm。例如，對于槽口寬度2. 5mm的電機，傳統(tǒng)設計允許采用0. 8mm的導線?？紤]絕緣后 一根導線的直徑約0. 85mm，在兩根絕緣導線并列嵌入定子槽的情況下，共占用1. 7mm的槽 寬；在嵌線時槽口兩側須有絕緣紙保護導線，以防止沖片劃破導線絕緣，兩層絕緣紙厚度大 約0. 5mm，共計2. 2mm ；再考慮定子槽口不整齊的程度使整個定子的實際槽口寬度會比單張 沖片的槽口寬度減小，所以，傳統(tǒng)電機定子沖片槽寬比絕緣后兩根導線的直徑大0. 8mm。若槽口寬度從2. 5mm減小為1. 8mm，本發(fā)明要求定子繞組單根絕緣導線的外徑與 定子沖片槽口寬度相比，至少減小0. 5m，所以，導線直徑仍然可以選擇0. 8mm的，其絕緣后 直徑為0. 85mm,比定子沖片槽口寬度也小0. 85mm，滿足至少要小0. 5mm的要求。當然，在保 證導線的截面積不變的情況下，也可以選擇兩根或者多根較細的導線并繞，代替原來設計 的一根較粗的導線；例如，在本例中用兩根0. 57mm的導線并繞代替一根0. 8mm的導線，就可 以保證截面積不變，同時也滿足絕緣后直徑比定子沖片槽口寬度至少要小0. 5mm的要求。實施例一以Y132S_4、5. 5kff電機為例，其槽口寬度為3. 5mm，采用本專利后，槽口寬度由原 來的3. 5mm減小至2. 7mm。通過分析，槽口寬度3. 5mm的5. 5kff電機改成2. 7mm后，可以不
改用較細的導線。修改過后，由于槽口寬度變小，氣隙系數(shù)和等效氣隙相應變小，使得功率因數(shù)大約提高一個百分點，滿載電流相應減小使定子銅耗約降低10W，轉子表面諧波磁場減 弱使轉子表面的附加鐵耗從原來的24W降到大約15W，總體上看，電機總損耗降低約20W，如 表1、表2和表3所示(在表1 3中，空載鐵耗及滿載銅耗共降低18W，進一步考慮槽口 減小同時也會使負載附加損耗降低，故總損耗降低20W以上)，這相當于效率約提高0. 4個 百分點。圖3為該5. 5kW異步電機分別采用傳統(tǒng)槽型與改進槽型時，轉子齒頂區(qū)域沿切向 損耗密度對比結果，從圖中可以看到槽口寬度減小后，導致轉子齒頂區(qū)域的損耗密度和高 次諧波磁密值明顯降低，損耗密度明顯降低，如圖4所示，轉子齒頂區(qū)域損耗密度最大值由 170ff/kg降低到105W/kg，減小約40% ；圖5和圖6所示為分別采用這兩種槽型后，轉子齒 頂中間位置磁密對比，可以看出切向磁密峰峰值減小約35%，由1. 8T降低至1. 2T ；徑向磁 密峰峰值減小約25%，由0. 8T降低至0. 6T。對于這臺電機而言，按損耗降低20W計算，對于常年運行的電機，8000小時就可節(jié) 省160度電量，每年至少節(jié)省電費80元。按20年使用壽命計算，該電機在其運行周期內節(jié) 電3200度，節(jié)省電費1600元。而因嵌線困難造成制造工時費用的增加可以只占年節(jié)電效 益的很小一部分。表1. 5. 5kW電機槽口為3. 5mm時空載銅耗和鐵耗數(shù)據(jù)
注“-”表示數(shù)據(jù)低于1W，工程中可忽略。實施例二選擇YX3-90S-6、0. 75kff電機，傳統(tǒng)槽型的定子槽口寬度為2. 8mm,本發(fā)明中將其 槽口寬度減小至原來的60%，即由2. 8mm改為1. 7mm。該電機原來設計線規(guī)為0. 75mm,改進后為確保導線截面積不變，改為兩根0. 53mm的導線并繞，兩者損耗對比如表4和表5，改進 后空載損耗可降低16%，由74W降至62W，節(jié)能效果顯著。本例還可以使槽口寬度降低至原 來的50%，即由2. 8mm降低至1. 4mm,嵌線時既可采用原有設計的0. 75mm單根導線，也可采 用0. 53mm兩根并繞，這種情況下的空載損耗數(shù)據(jù)如表6所示，損耗值由74W降至52W，節(jié)能 效果更為顯著。 表4. 0.75kW電機槽口為2. 8mm時空載銅耗和鐵耗數(shù)據(jù)
損耗項定子銅耗(W)轉子銅耗(W)定子鐵耗(W)轉子鐵耗(W)小計(W) 表5 0. 75kff電機槽口為1. 7mm時空載銅耗和鐵耗數(shù)據(jù)
損耗項定子銅耗(W)轉子銅耗(W)定子鐵耗(W)轉子鐵耗(W)小計(W) 表6 0. 75kff電機槽口為1. 4mm時空載銅耗和鐵耗數(shù)據(jù)
損耗項定子銅耗(W)轉子銅耗(W)定子鐵耗(W)轉子鐵耗(W)小計(W) 注以上表中“_”表示數(shù)據(jù)低于1W，工程中可忽略。實施例三Y225S-4、37kW電機，原來的槽口寬度為4mm，改進后槽口寬度3. 4mm(為原來的 85% )，原來設計線規(guī)為1.25mm，改進后仍未改進前后對電機制造耗費工時以及難度并無 太大影響，這種情況下空載損耗約降低5%。實施例四Y250M-6和Y280S-8，兩者容量均為37kW電機，槽口寬度為3. 8mm，改進后槽口寬 度2. 6mm(約為原來的70% )，對于Y250M-6電機，改進前后對電機制造耗費工時以及難度 并無太大影響；對于Y280S-8電機，原來線規(guī)為1. 3mm，改進后可以選擇1. 1mm，這樣對制造 工時及難度會略有影響，但也可帶來顯著節(jié)能效果，這兩種情況下的空載損耗約降低7%。
權利要求
一種低損耗的交流電動機定子沖片，其結構與傳統(tǒng)的0.55kW-315kW交流電動機的定子沖片相似，其特征在于，所述低損耗的交流電動機定子沖片的定子槽的槽口寬度是相同型號的傳統(tǒng)交流電動機定子沖片的定子槽口寬度的50-85％，使氣隙系數(shù)變小，空載電流降低，轉子側諧波磁場減弱，轉子鐵心表面及轉子齒頂區(qū)域損耗減小，明顯降低電機銅耗和鐵耗。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種低損耗的交流電動機定子沖片，其特征在于，所述定子 沖片的定子槽內嵌裝單根絕緣導線或多根并繞絕緣導線，所述單根絕緣導線外徑或多根并 繞絕緣導線的總外徑與定子沖片槽口寬度相比，至少減小0. 5mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于交流電動機設計制造領域，特別涉及一種低損耗的交流電動機定子沖片。本發(fā)明提供的結構與傳統(tǒng)的0.55kW～315kW交流電動機的定子沖片相似，但本發(fā)明所述低損耗的交流電動機定子沖片的定子槽口寬度是相同型號的傳統(tǒng)交流電動機定子沖片定子槽口寬度的50-85％。這一改進使定子槽口變窄、齒頂變寬，相應地使轉子鐵心表面及轉子齒頂區(qū)域由諧波磁場產(chǎn)生的附加損耗顯著降低；此外，氣隙系數(shù)變小、等效氣隙相應變小，空載電流隨之降低，滿載運行時功率因數(shù)也相應提高，滿載電流減小，這樣，使電機銅耗與鐵耗減小，獲得明顯節(jié)能效果。
文檔編號H02K1/16GK101860097SQ201010204250
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權日2010年6月21日
發(fā)明者劉曉芳, 羅應立, 趙海森 申請人:華北電力大學