变频高速湿式防爆电机定子与转子槽配合结构的制作方法

背景技术：
：6000rpm变频高速湿式防爆电机用于煤矿透水抢险，是国家科技支撑计划课题支撑项目，功率为600kW，电压6000V，立式电机，该电机为2极电机，转速6000rpm,变频起动，6000rpm的湿式电机设计、制造目前国际还没有过先例，合理选择定、转子槽配合及槽型对电机性能影响巨大，需要开发定、转子槽配合及槽型，因此合理选择定、转子槽配合及槽型可抑制谐波，降低噪声，提高起动性能，获得较高的效率及功率因数，对临界转速亦有影响，合适的槽型利于缩小电机直径尺寸，便于水泵下井。

技术实现要素：
：本发明的目的是提供一种变频高速湿式防爆电机定子与转子槽配合结构：保证电机能够满足泵的起动要求。本发明的技术方案为：一种变频高速湿式防爆电机定子与转子槽配合结构，湿式电机属于三相异步电动机，为双层短距同心式绕组，定子(1)由冲片(3)叠压而成，转子(2)为实心轴热套轴环(4)结构，定子槽型(5)为半闭口平行齿梯形槽，转子槽型(6)为倒梨形闭口槽。

定子槽数为24，转子槽数为34，电机的气隙磁密为0.6T左右，定子(1)为斜槽结构，即定子铁芯第一个冲片的槽与最后一个冲片相应的槽，轴线旋转一个角度，将定子槽扭过一个定子齿距。

湿式电机为双层短距同心式绕组，嵌线容易，便于实现机械化。一般q1(每极每项槽数)＝4、6、8适用于二极电机，本发明q1＝4,定子槽数为24槽适用于同心双层短距绕组，定子斜槽，斜一个定子齿距，转子槽数应与定子槽数配合确定，定子、转子槽配合的选择应使电机能正常起动，转矩、转速平滑，起动及运转时无显著振动，电磁噪声、杂散损耗小。

异步电动机采用少槽、近槽配合，即转子槽数接近且少于定子槽数，可减少齿谐波磁通在铁心齿中产生的脉振损耗，因此对降低杂散损耗和温升比较有利。但少槽、近槽配合容易产生电磁振动和噪声，也可能会产生同步转矩应全面考虑。

定转子槽配合与异步电机的噪声有直接关系，电磁噪声为噪声源之一，电磁噪声主要由高次谐波的力波振动引起，即随时间和空间而变化，在定子和转子之间作用的力可以通过定子铁心振动而引起电磁噪声；在气隙的任意一点作用着一个径向力，它在单位面积上的大小与气隙的任意一点作用着一个径向力，它在单位面积上的大小与气隙磁密的平方成正比，因此选择尽可能低的气隙磁密对于电机降低电磁噪声很有必要，本电机的气隙磁密为0.6T左右。定子槽数为Z1，转子槽数为Z2，电机极对数为p,对于低噪声电机要满足：│Z1、Z2│≠0、1、2，│Z1、Z2│≠2p、2p±1、2p±2；还需要使最强的定转子磁动势分量的次数不要与一些大的气隙磁导波分量的次数一致，│Z1、Z2│≠p，│Z1、Z2│≠p±1，│Z1、Z2│≠p±2；

本电机初步方案槽配合为24/28,24/34，但从磁密分布以及起动性能和降低振动及噪声角度考虑，经过计算对比，选择了24/34。

很多普通交流铸铝转子电机会采用斜槽，本电机因是转子铜条焊接结构不宜斜槽，将定子槽扭过一个定子齿距，采用斜槽的作用是：电机内部有各种频率的谐波，因定子采用分布短距绕组，所以除齿谐波之外的其它频率的谐波磁势幅值均被极大程度地削弱。由于齿谐波绕组系数等于基波绕组系数，所以齿谐波磁势几乎不受影响。因为三相异步电动机的定、转子开槽，造成整个气隙圆周范围内的磁阻不均匀，电机运转时电磁转矩和感应电动势相应波动。定子斜槽后，形成的电磁转矩和感应电动势近似于同一根导线均匀分布在一段圆周范围内的平均值，能有效地削弱齿谐波磁场所产生的谐波电动势，从而削弱由这些谐波磁场引起的附加转矩，降低电磁振动和噪声。定子斜槽后虽然也会使定子感应的基波电动势减少，但选择的斜槽度为一个齿距相对于极距来说小很多，因而对电机基本性能影响很小，故采用定子斜槽。

定子冲片槽型采用半闭口平行齿梯形槽，可以减少铁心表面损耗和齿内脉振损耗，并使有效气隙长度减小，功率因数得到改善。转子采用闭口槽可以达到减少表面附加损耗的效果，同时闭口槽也有利于防止转子铜条甩出，利于缩小电机直径尺寸，便于水泵下井，普通的交流电机实心轴转子槽型一般为开口槽，本电机因用于煤矿抢险，要求直径尽量小，经计算，在要求的设计尺寸下，转子开口槽的轭磁密偏高，不宜采用。本电机因是实心转子故闭口槽不易加工，为解决这个问题，采用实心轴上套轴环，轴环热套在轴上，轴环长度短便于加工，采用线切割。

本发明的定、转子槽配合：24/34,定子槽型采用半闭口平行齿梯形槽,定子斜槽，转子采用闭口槽，经过有限元计算，在该槽配合及槽型下，电机在变频电源下能够正常起动，满载起动15s内逐步升高接近5200rpm,电机满载运行转子转速为5959rpm,电机实现恒转矩起动。变频起动时没有局部磁密过大的现象，较低的电磁噪声和振动，且起动性能良好。

本发明工作原理

本发明是一种变频高速湿式防爆电机定子与转子槽配合结构，湿式电机属于三相异步电动机，为双层短距同心式绕组，定子1由冲片3叠压而成，转子2为实心轴热套轴环4结构，定子槽型5为半闭口平行齿梯形槽，转子槽型6为倒梨形闭口槽。

定子槽数为24，转子槽数为34，电机的气隙磁密为0.6T左右，定子1为斜槽结构，即定子铁芯第一个冲片的槽与最后一个冲片相应的槽，轴线旋转一个角度，将定子槽扭过一个定子齿距。

本发明保证电机能够满足泵的起动要求。定子与转子槽配合：24/34,定子槽型为半闭口平行齿梯形槽，图3所示，转子为倒梨形闭口槽，图4所示，定子为斜槽。湿式电机为双层短距同心式绕组，嵌线容易，便于实现机械化。一般q1(每极每项槽数)＝4、6、8适用于二极电机，本发明q1＝4,定子槽数为24，适用于同心双层短距绕组，定子采用分布短距双层同心式绕组，所以除齿谐波之外的其它频率的谐波磁势幅值均被极大程度地削弱。由于齿谐波绕组系数等于基波绕组系数，所以齿谐波磁势几乎不受影响。因为三相异步电动机的定、转子开槽，造成整个气隙圆周范围内的磁阻不均匀，电机运转时电磁转矩和感应电动势相应波动，定子斜槽后，形成的电磁转矩和感应电动势近似于同一根导线均匀分布在一段圆周范围内的平均值，能有效地削弱齿谐波磁场所产生的谐波电动势，从而削弱由这些谐波磁场引起的附加转矩，降低电磁振动和噪声。定子斜槽后虽然也会使定子感应的基波电动势减少，但选择的斜槽度为一个齿距相对于极距来说小很多，因而对电机基本性能影响很小，故采用定子斜槽。

定子冲片槽型采用半闭口平行齿梯形槽，可以减少铁心表面损耗和齿内脉振损耗，并使有效气隙长度减小，功率因数得到改善。转子采用闭口槽可以达到减少表面附加损耗的效果，同时闭口槽也有利于防止转子铜条甩出，利于电机缩小尺寸，便于水泵下井。普通的交流电机实心轴转子槽型一般为开口槽，本电机因用于煤矿抢险，要求直径尽量小，经计算，在要求的设计尺寸下，转子开口槽的轭磁密偏高，不宜采用。

转子槽数应与定子槽数配合确定，定、转子槽配合的选择应使电机能正常起动，转矩－转速平滑，起动及运转时无显著振动，电磁噪声、杂散损耗小。

异步电动机采用少槽、近槽配合，即转子槽数接近且少于定子槽数，可减少齿谐波磁通在铁心齿中产生的脉振损耗，因此对降低杂散损耗和温升比较有利。但少槽、近槽配合容易产生电磁振动和噪声，也可能会产生同步转矩应全面考虑。本电机初步方案槽配合为24/28,24/34但从磁密分布以及起动性能和降低振动及噪声角度考虑，经过计算对比，选择了24/34。

本发明槽配合：24/34,经过有限元计算，在该槽配合及槽型下，电机在变频电源下能够正常起动，满载起动15s内逐步升高接近5200rpm，电机满载运行转子转速为5959rpm,电机实现恒转矩起动。变频起动时没有局部磁密过大的现象，且起动性能良好。

发明的技术效果：1)电机变频起动时，所设计的电机能完成起动过程，2)电机没有局部磁密过大现象。3)空载运行时气隙磁密0.615T，满载时为0.585T，4)电机试验噪声低，振动为2.2m/s,5)电机温升合格。

附图说明：

图1变频高速湿式防爆电机结构剖视图

图2定子、转子槽配合结构图

图3定子冲片槽型图

图4转子槽型图

具体实施方式：

如图1所示，一种变频高速湿式防爆电机定子与转子槽配合结构，湿式电机属于三相异步电机，采用双层短距同心式绕组，如图2所示，定子1为冲片3叠压而成，转子2为实心轴热套轴环4结构，定子槽型5为半闭口平行齿梯形槽，如图3所示，转子槽型6为倒梨形闭口槽。

定子槽数为24，转子槽数为34，电机的气隙磁密为0.6T左右，如图4所示，定子1为斜槽结构，即定子铁芯第一个冲片的槽与最后一个冲片相应的槽，轴线旋转一个角度，将定子槽扭过一个定子齿距。电机的槽配合为24/34，定子冲片槽型如图3所示,定子冲片槽型为半闭口平行齿梯形槽，槽的底部比顶部宽，使齿壁基本上平行，电机绕组是同心式，非成型线圈。采用半闭口槽可以减少铁心表面损耗和齿内脉振损耗，并使有效气隙长度减小，功率因数得到改善。如图4所示转子槽型为闭口槽，其优点是减小电机的附加损耗，利于电机缩小尺寸，便于水泵下井，普通的交流电机实心轴转子槽型一般为开口槽，本电机因用于煤矿抢险，要求直径尽量小，经计算，在要求的设计尺寸下，转子开口槽的轭磁密偏高，不宜采用，同时因电机的转速高，闭口槽型更利于防止铜条甩出。

转子槽数应与定子槽数配合确定，定、转子槽配合的选择应使电机能正常起动，转矩－转速平滑，起动及运转时无显著振动，电磁噪声、杂散损耗小。

异步电动机采用少槽－近槽配合，即转子槽数接近且少于定子槽数，可减少齿谐波磁通在铁芯齿中产生的脉振损耗，因此对降低杂散损耗和温升比较有利。但少槽－近槽配合容易产生电磁振动和噪声，也可能会产生同步转矩应全面考虑。本电机初步方案槽配合为24/28,24/34，但从磁密分布以及起动性能和降低振动及噪声角度考虑，经过计算对比，选择了24/34。

24/34槽配合，按照西安交通大学电机设计产生不良后果的槽配合进行考虑均不在范围内，并用有限元进行了计算，电机在变频电源下能够实现恒转矩起动，降低了振动及噪声，按照槽型尺寸计算，电机没有局部磁密过高现象。经过试验验证，电机能够平稳起动，噪声低、振动值为2.2m/s，电机性能、电机温升合格。

本发明为一种变频高速湿式防爆电机定子与转子槽配合结构，槽配合为24/34,定子冲片槽型为半闭口平行齿梯形槽，转子为倒梨形闭口槽，在变频电源起动下，电机实现了恒转矩平稳起动，噪声低、振动小，电机性能及温升合格，电机达到使用要求。