转子铁芯、转子、电机的制作方法

本实用新型属于电机制造技术领域，具体涉及一种转子铁芯、转子、电机。

背景技术：

由电机运行原理可知，当转矩一定时，电机的输出功率与转速成正比，也就是说，通过增加转速可提高电机的输出功率。高速电机具有效率高、功率密度大、体积小、特别是可以省去增速箱等诸多优点，已经成为近年来的研究热点。高速电机在高速磨床及其他加工机床、高速飞轮储能系统、天然气管道中采用的离心压缩机和鼓风机以及分析设备中的真空泵等领域得到了广泛应用。

高速感应电机由于其良好的机械强度和电磁性能而成为高速电机的主选类型。但高速感应电机也存在诸多不足：

(1)由于电机转子速度高、离心力大，极易导致铸铝导条在运转过程中受到较高的应力作用发生断裂，引发电气安全事故；

(2)由于电机在高速情况下的输出功率高、损耗密度大，发热问题严重，散热困难，影响电机的稳定运行和使用寿命；

(3)电机中的铸铝导条中的谐波电流含量高，形成谐波磁场，造成较高的杂散损耗和电磁噪声，影响电机性能。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种转子铁芯、转子、电机，当与凹槽匹配装设导条时，能够明显提高导条的机械强度，防止在电机运转过程中导条断裂，且能够降低导条的热负荷，避免导条因热量集中造成温升过高，提高电机运行的稳定性。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种转子铁芯，包括铁芯本体，所述铁芯本体沿所述铁芯本体的轴向具有第一端面、第二端面，所述铁芯本体的周壁上构造有多个凹槽，所述凹槽的槽体深度由所述第一端面朝向所述第二端面逐渐增大。

优选地，所述铁芯本体由多个冲片叠装形成，所述冲片具有冲槽，多个所述冲槽在所述铁芯本体的轴向上形成多个所述凹槽。

优选地，所述铁芯本体的轴向厚度为m，所述凹槽具有处于所述铁芯本体径向上的第一对称面，所述凹槽关于第一对称面对称，所述凹槽的槽底壁与所述第一对称面相交形成第一弧线，所述第一弧线上任意一点B点至所述第一端面的距离为x，所述凹槽的槽体深度的增加比率幅值为A，L＝2m，所述B点的槽深增加比率y与所述x存在如下关系：

优选地，A≥0.2。

优选地，0.3≤A≤0.4。

优选地，处在所述第一端面上的所述凹槽具有第一横截面，所述第一横截面的面积为S0，所述B点所处的凹槽具有第二横截面S，S0与S存在如下关系，

S＝y²·S0。

本实用新型还提供一种转子，包括上述的转子铁芯。

优选地，所述转子还包括鼠笼结构，所述鼠笼结构包括多个导条，多个导条对应嵌装于所述凹槽中，所述导条的外周壁形状与所述凹槽的内壁形状相匹配。

优选地，所述转子铁芯至少为两个，分别为第一转子铁芯、第二转子铁芯，所述第一转子铁芯具有的第二端面与所述第二转子铁芯具有的第二端面相对接触连接。

优选地，所述转子铁芯至少为两个，分别为第一转子铁芯、第二转子铁芯，所述第一转子铁芯具有的第一端面与所述第二转子铁芯具有的第一端面相对接触连接。

本实用新型还提供一种电机，包括上述的转子。

本实用新型提供的一种转子铁芯、转子、电机，由于所述凹槽的槽体深度随着所述铁芯本体的长度逐渐增大，从而使所述铁芯与导条匹配组装时，所述导条的相应高度也逐渐增大，与现有技术中常见的沿其长度方向具有相同高度的导条相比较，其机械强度得到极大提高，这无疑能够防止在电机运转过程中导条断裂，从而保证了相应电机运行的可靠性，可以理解的是由于所述凹槽的槽深的逐渐增大，其横截面积也自然相应增大，与之相应匹配的导条的横截面积也将适应性增大，这明显有利于所述导条中热负荷的降低，能够有效避免导条因热量集中造成温升过高，提高电机运行的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的转子铁芯的立体结构示意图；

图2为本实用新型又一实施例的转子铁芯的冲片的结构示意图；

图3为本实用新型再一实施例的转子铁芯的导条的立体结构示意图；

图4为本实用新型实施例的转子的立体结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例的转子中两个转子铁芯的第二端面与第二端面相对接触连接时的y与x的相关性变化示意图；

图6为本实用新型再一实施例的转子中两个转子铁芯的第一端面与第一端面相对接触连接时的y与x的相关性变化示意图。

附图标记表示为：

1、铁芯本体；11、第一端面；12、第二端面；13、凹槽；14、冲片；141、冲槽；2、导条；31、第一转子铁芯；32、第二转子铁芯；4、端环。

具体实施方式

结合参见图1至6所示，根据本实用新型的实施例，提供一种转子铁芯，包括铁芯本体1，所述铁芯本体1沿所述铁芯本体1的轴向具有第一端面11、第二端面12，所述铁芯本体1的周壁上构造有多个凹槽13，所述凹槽13沿着所述铁芯本体1的轴线贯穿所述第一端面11及第二端面12，所述凹槽13的槽体深度由所述第一端面11朝向所述第二端面12逐渐增大。可以理解的是，由于所述铁芯本体1的外周壁呈圆柱形，因此，该方案中的槽体深度指的是由所述凹槽13的槽口的外缘开始至所述凹槽13槽底的最大深度。该技术方案中，由于所述凹槽13的槽体深度随着所述铁芯本体1的长度逐渐增大，从而使所述铁芯与导条2匹配组装时，所述导条2的相应高度也逐渐增大，与现有技术中常见的沿其长度方向具有相同高度的导条相比较，其机械强度得到极大提高，这无疑能够防止在电机运转过程中导条断裂，从而保证了相应电机运行的可靠性，可以理解的是由于所述凹槽13的槽深的逐渐增大，其横截面积也自然相应增大，与之相应匹配的导条2的横截面积也将适应性增大，这明显有利于所述导条中热负荷的降低，能够有效避免导条因热量集中造成温升过高，提高电机运行的稳定性。

作为所述铁芯本体1的一种具体实施方式，优选地，所述铁芯本体1由多个冲片14叠装形成，所述冲片14具有冲槽141，多个所述冲槽141在所述铁芯本体1的轴向上形成多个所述凹槽13，通过在所述铁芯本体1轴向方向上依次对位的所述多个冲槽141形成所述凹槽13，使实施过程简化，且灵活性高，通用性更强，可以理解的是，所述多个冲片14的冲槽141的槽深在所述铁芯本体1的轴向上是逐渐增大的，具体的，以处于所述第一端面11的冲片14的冲槽141为基准，与之叠装的冲片14的冲槽141的槽深大于第一端面11的那个，沿着所述铁芯本体1的轴向依次类推。

为进一步优化所述的凹槽13的槽体深度的变化规律，更进一步的，所述铁芯本体1的轴向厚度为m，所述凹槽13具有处于所述铁芯本体1径向上的第一对称面，所述凹槽13关于第一对称面对称，所述凹槽13的槽底壁与所述第一对称面相交形成第一弧线，所述第一弧线上任意一点B点至所述第一端面11的距离为x，可以理解的是，此处的B点亦可以看做是当所述凹槽13中匹配装设相应位置的导条2上的对应的那个点，所述凹槽13的槽体深度的增加比率幅值为A，L＝2m，所述B点的槽深增加比率y与所述x存在如下关系：

此时，由于上述公式的正弦周期及铁芯本体1的厚度m匹配，所述凹槽13的槽体深度将跟随正弦曲线逐渐增厚，可以理解的是，与之匹配的导条2的高度变化更加圆滑流畅，能够有力防止导条2的应力集中点的出现。进一步地，A≥0.2，最好的，0.3≤A≤0.4，以保证所述y不低于1.2，从而进一步提高所述导条2的机械强度尤其是挠度，同时能够使齿谐波磁势大幅降低。优选地，处在所述第一端面11上的所述凹槽13具有第一横截面，所述第一横截面的面积为S0，所述B点所处的凹槽13具有第二横截面S，S0与S存在如下关系，

S＝y²·S0 (2)

为使此种结构的技术效果更加明确，以下结合导条2及相关理论知识进行详细阐述。

以所述导条2的材质为铸铝为例，在提高导条2的机械强度方面，高速电机在运行时，铸铝导条的挠度K的计算公式如下：

式中，L＝2m；F为导条单位长度上承受的平均应力载荷；E为铸铝的弹性模量；SI为铸铝导条的截面惯性矩。

所述铸铝导条的截面惯性矩采用如下公式得到：

SI＝∫∫D dSDI (4)

式中，dS为单位长度铸铝导条的平均截面积；D为导条截面上的截面微元距截面中性点的距离。

由上述可知，所述S与S0存在如公式(2)所示的关系，故与初始冲片(也即处于所述第一端面11上的那个冲片14)不经加工而铸铝出来的普通转子对比，其合成截面惯性矩更大，从而提高了导条2的机械强度，具体的提高了铸铝导条的弯曲刚度及挠度，而当所述A≥0.2时，能够保证所述y不低于1.2，能够进一步避免转子导条发生断裂，使采用本实用新型技术方案的铸铝转子挠度比通常转子挠度高30％以上。

在利于散热方面，采用本实用新型技术方案的铸铝导条相比普通铸铝条，导条2的单位长度的截面积更大，由单位长度的导条电阻ΔR的计算公式：

式中，ρ为导条的电阻率，I为导条中的感应电流。

可得，采用本实用新型技术方案中的导条2的单位电阻值更低，由单位长度的导条2发热量ΔQ公式：

ΔQ＝I·ΔR² (6)

从而可得知，采用本实用新型技术方案中的导条2使其发热量更低，避免不易散热的导条发热过多而造成热量集中。

同时铸铝导条所用的铝材的导热率为238W/(m·K)，而铁芯所用硅钢材料的导热率为24.5W/(m·K)，故铝材的导热率要远高于铁芯材料，故铸铝导条的散热能力远高于转子铁芯，并且铸铝导条的热量通过传导至端环4处，而铸铝端环4处有翅片扇叶结构，可以通过翅片结构旋转来散发热量，故铸铝导条上不易产生热量堆积，而所述铁芯本体1由于采用叠片结构(也即多个冲片14叠压形成)，每片冲片之间有绝缘层，散热效果差，容易在铁芯上堆积大量的热量，而采用本实用新型的转子铁芯，所述导条2与所述铁芯本体1的接触面积增大，从而使铁芯上的积累的热量能有效散发，避免热量的堆积在一处而导致安全问题。

在消除谐波电磁噪音方面，由于所述导条2上各个小段的截面长度互不相同，在轴向上呈正弦分布，结合计算式(2)及式(5)可推得导条2单位长度的电阻R0的计算公式如下：

则单位长度导体2两端的电动势dU的计算公式如下：

故所述导条2上的总电势U为每个单位长度导条2电势的总和，即：

式中，ka为变截面因数，其可通过以下公式得出：

由式(10)可知，ka＜1，故相对于普通铸铝转子导条，采用本实用新型的技术方案的导条2的电动势更小。

而对于u次谐波电动势，其变截面因数kau公式如下：

为削弱电机中主要产生电磁噪声的一、二阶齿谐波电势，进一步使0.3≤A≤0.4，从而使齿谐波磁势大幅降低，减少高速感应电机中的谐波电势以降低杂散损耗，并消除谐波电磁噪声。

根据本实用新型的实施例，还提供一种转子，包括上述的转子铁芯。优选地，所述转子还包括鼠笼结构，所述鼠笼结构包括多个导条2，多个导条2对应嵌装于所述凹槽13中，多个导条2连接于所述两个端环4之间，所述导条2的外周壁形状与所述凹槽13的内壁形状相匹配。进一步地，所述转子铁芯至少为两个，分别为第一转子铁芯31、第二转子铁芯32，所述第一转子铁芯31具有的第二端面12与所述第二转子铁芯32具有的第二端面12相对接触连接(所述B点槽深增加比率y与所述x的对应变化关系参见图5)，此时，可以认为所述转子铁芯的凹槽13呈两端小，中间大的结构。

或者，所述转子铁芯至少为两个，分别为第一转子铁芯31、第二转子铁芯32，所述第一转子铁芯31具有的第一端面11与所述第二转子铁芯32具有的第一端面11相对接触连接(所述B点槽深增加比率y与所述x的对应变化关系参见图6)，此时，可以认为所述转子铁芯的凹槽13呈两端大，中间小的结构。所述转子由于采用了上述的铁芯结构，能够明显提高导条的机械强度，防止在电机运转过程中导条断裂，且能够降低导条的热负荷，避免导条因热量集中造成温升过高，提高电机运行的稳定性

根据本实用新型的实施例，还提供一种电机，包括上述的转子。所述电机由于采用了上述的转子，能够明显提高导条的机械强度，防止在电机运转过程中导条断裂，且能够降低导条的热负荷，避免导条因热量集中造成温升过高，提高电机运行的稳定性

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。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。