一种铸铜转子感应电机的制作方法

本发明涉及一种感应电机，具体涉及一种用于电动汽车上的铸铜转子感应电机。

背景技术：

随着经济飞速的发展，我国汽车销量呈现持续快速地增长。自2009年以来，我国己持续成为全球最大的汽车产销国。截至2014年，我国的燃油机动车数量已超过2.5亿，其中汽车保有量达1.4亿辆。与此同时，汽车保有量的持续增长，给环境带来了巨大的负担。随着汽车使用量持续增长，其尾气排放带来的污染直接导致了环境的日益恶化。今年，全国约1/2以上的城市持续长时间被雾霾笼罩，部分城市的空气质量己经达到了严重污染程度，温室效应加剧。因此，控制并降低汽车对环境的污染将成为我国社会和谐发展亟需解决的一个重大课题。

与传统燃油汽车相比，电动汽车具有诸多优点。电动汽车驱动电机不仅效率高，而且在制动时驱动电机可以转化为发电机运行，从而将汽车运行的动能转化成电能存入蓄电池，大大地提高了能源利用率。另外，电动汽车的使用不会受能源种类与能源储量的影响。其使用的电力既可来自于煤炭、石油、天然气等矿物能源，也可以来自于水力、风力、太阳能、地热、潮汝、核裂变等新能源资源。因此，电动汽车的发展不仅不会受能源单一的限制，更会推动整个新能源产业积极快速地发展。此外，电动汽车充电时间可以根据供电系统电网负荷的变化而调整，这样可以对电网在用电方面起到调峰作用，有效平衡电网的负荷，降低电网的峰谷差，从而提高电网的经济效益，达到节能的目的。在环保方面，电动汽车使用中不仅可以减小大气污染与噪声污染，报废后也可以对电动汽车蓄电池进行集中回收处理。因此，电动汽车因能解决能源短缺和环保等问题而成为了研究热点。

电动汽车中的三大技术是：电池及其管理技术、电机驱动及其控制技术、整车技术，虽然目前车载电池技术仍是电动汽车发展的瓶颈，但驱动电机技术与电机控制技术也是阻碍电动汽车发展关键因素。性能优越的电动汽车需要具备高转矩密度与高功率密度的驱动电机系统来实现快速启动、爬坡与高速巡航，保证整个运行范围内的高效率以期达到良好的节能、强劲的瞬时过载能力，其高可靠性与鲁棒性以期满足各种恶劣环境的需求和合适的价格。这对传统工业电机的设计方法与性能提出了新的挑战。

目前，电动汽车用电动机主要有直流电动机（DCM）、感应电动机（IM）、永磁无刷电动机（PM-BLM）和开关磁阻电动机（SRM）四类。电动汽车的驱动电机属于特种电机，是电动汽车的关键部件。要使电动汽车具有良好的工作性能，驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速，足够大的起动转矩，体积小。质量轻、效率高且具有动态制动强和能量回馈的性能。目前电动车所采用的电动机中，直流电动机基本上已被交流电动机、永磁电动机或开关磁阻电动机所取代。电动汽车所用的电动机正在向大功率和小型化方向发展。

这其中，感应电机因其结构简单、成本低廉、可靠性高、维护简单、实用性强，十分适合作为驱动电机应用在电动汽车中。虽然其控制相对复杂，但是，随着近年来矢量控制理论的极大发展与进步，针对异步电机的各种控制算法应运而生，从理论上解决了异步电机的控制难题；同时，IGBT等功率器件的广泛应用，大幅降低了使用成本，DSP和ARM 等控制芯片的快速发展，为异步电机的复杂控制创造了有利条件，进而在实践上为异步电机的广泛应用奠定了基础。近年来，异步电机转矩输出特性已经达到了电动汽车驱动电机的要求。因此，包括中国在内的众多国家在多款电动汽车的动力总成中都选用异步电机作为驱动电机，已有不少量产的产品在售。

然而作为电动汽车的驱动电机，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。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种可改善起动性能，节省定子绕组用铜，提高了电机效率的铸铜转子感应电机，以克服现有技术的不足。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种铸铜转子感应电机，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，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。

在上述技术方案中，所述转子铁心设有导条槽，所述导条与端环为一体式结构，且所述导条插装在转子铁心的导条槽内。

在上述技术方案中，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的槽形上底与下底为以转轴的轴心为圆心的同心弧形。

在上述技术方案中，所述导条为上宽下窄的弧形结构，上下底为以转轴的轴心为圆心的同心弧线。

在上述技术方案中，所述转子铁心的两端分别固定有端环，且端环与转子铁心紧密贴合。

本发明所具有的积极效果是：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。即本发明具有起动性能好，附加损耗低，绕组用铜量少的优点，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是本发明额定负载时局部磁力线分布示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

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，绕组的节距可根据想要削减的谐波次数选取。

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的导条槽的槽形上底与下底为以转轴5的轴心为圆心的同心弧形，两边为以转轴5的轴心为圆心的半径的一段直线，整个槽形为以转轴5的轴心为圆心的圆环的一部分。

如图1所示，所述导条4为上宽下窄的弧形结构，上下底为以转轴5的轴心为圆心的同心弧线。这样，可节省端环材料，并改善散热条件。

如图1所示，所述转子11具有转子齿和转子槽，且转子11的转子槽为斜槽结构，转子槽的倾斜角度为0.5~1个转子齿距。其好处是，能够抑制谐波和转矩脉动。

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。其好处是，为了抑制谐波。

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可以是单相电机，或者是三相电机，或者是多相电机。

与现有同类电机相比，本发明具有以下优点：

1、现有的变频调速电机的转子在不同频段的响应上也存在明显不足，转子电阻随着频率的提高呈现线性增加的趋势，这使得电机在高频段发热严重。本发明的铸铜转子利用特有的倒弧形铸铜导条，在低频或高频段发挥其优异的电阻特性，转子电阻较低，从而减小转子损耗，提高电机效率；在中频段或额定频段发挥其优越的导电特性，转子电阻较高，从而增加电机旋转力矩，提高电机的运行性能。

2、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上宽下窄同心环结构，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。

3、现有电机转子多为深而窄的导条孔结构，在电机正常工作的时候，导条的平均线速度较低，不利于散热。本发明利用转子槽型的上宽下窄同心环结构，可以有效的提升转子导条的散热，可减小电机冷却结构的体积，节省安装空间。

4、现有电机转子多为深而窄的导条孔结构，使得在端环铸造的时候有较大的截面积。本发明利用转子槽型的上宽下窄同心环结构，可以在相同的导条面积下降低转子端环体积，有效的降低转子鼠笼耗材。

5、现有电机定子多采用单层绕组和双层绕组，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。