一种低转动惯量的高转矩变频电机的制作方法

本实用新型涉及轧钢机用变频电机技术领域，更具体地说是一种低转动惯量的高转矩变频电机。

背景技术：

轧钢机是一种对金属进行轧制的机械设备，轧钢机的工作过程中存在启停飞剪工况，这种工况下，轧钢机的变频电机需要承受较大转矩、较频繁的过载冲击，并要求变频电机进行频繁带载正反转。用户想对轧钢机进行精确快速控制，因此就需要变频电机启动及降速时间非常均非常短，这样就需要变频电机的转动惯量非常小。变频电机在需要承受大转矩和频繁大过载时，需要较长的铁心和较大的转子铁芯外圆，但这样必然导致变频电机转子铁芯的转动惯量很大，与用户需求的能精确快速控制的转动惯量非常小的变频电机相矛盾，因此急需一种转动惯量非常小又能承受较大转矩的变频电机。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低转动惯量的高转矩变频电机，能承受较大转矩，且能实现精确快速控制。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种低转动惯量的高转矩变频电机，包括电机本体和设置在所述电机本体上的冷却器，所述电机本体包括电机轴、电机座和设置在电机座内的定子、转子铁芯，所述电机轴沿横向贯穿所述电机座，所述转子铁芯套装在所述电机轴中部，所述转子铁芯冲片和定子冲片上均开设有多个均匀间隔布置的冲片槽，所述电机轴中部为与所述转子铁芯配合的轴段为花轴段，花轴段外径与长度比值为1：3.5~1：3.7，所述花轴段的周向均匀间隔设有多个沿所述电机轴轴向延伸的弧槽；所述电机轴前部包括从前至后依次布置的输出段、前阶梯段和前连接段，所述输出段的外径与长度比值为1：1.77~1：1.79，所述前阶梯段包括从前至后依次布置的第一段、第二段、第三段和第四段，所述第一段的外径与长度比值为4.2：1~4.3：1，所述第二段的外径与长度比值为2.4：1~2.5：1，所述第三段的外径与长度比值为3.5：1~3.6：1，所述第四段的外径与长度比值为1.7：1~1.7：1，所述前连接段的外径与长度比值为0.35：1~0.45：1；所述电机轴后部包括从后至前依次布置的后阶梯段和后连接段，所述后连接段的外径与长度比值为0.35：1~0.45：1，所述后阶梯段包括从后至前依次布置的第五段、第六段、第七段和第八段，所述第五段的外径与长度比值为4.2：1~4.3：1，所述第六段的外径与长度比值为2.4：1~2.5：1，所述第七段的外径与长度比值为3.5：1~3.6：1，所述第八段的外径与长度比值为1.6：1~1.7：1。

所述花轴段外径:225~235mm，长度为820~830mm；所述输出段的外径为135~145mm，长度为245~255mm；所述第一段的外径为140~150mm，长度为30~40mm，所述第二段的外径为145~150mm，长度为55~65mm，所述第三段的外径为145~155mm，长度为40~45mm，所述第四段的外径为165~175mm，长度为99~108mm，所述前连接段的外径为145~155mm，长度为375~385mm；所述后连接段的外径为145~155mm，长度为375~385mm，所述第五段的外径为140~150mm，长度为30~40mm，所述第六段的外径为145~150mm，长度为55~65mm，所述第七段的外径为145~155mm，长度为40~45mm，所述第八段的外径为165~175mm，长度为99~108mm。

所述转子铁芯冲片的冲片槽为45~50个，转子铁芯冲片的冲片槽从内到外依次包括U型槽部、半圆槽部和第二矩形槽部，所述U型槽部的开口朝外、半圆槽部开口朝内并与U型槽部外端连通，第二矩形槽部的内端与半圆槽部外端连通。

所述定子冲片的冲片槽为55~65个，定子冲片的冲片槽均由第一矩形槽部和等腰梯形槽部组成，所述第一矩形槽部位于所述等腰梯形槽部的外侧，等腰梯形槽部的小端朝内，大端朝外且与所述第一矩形槽部内端连通。

所述U型槽部外端形状与所述半圆槽部内端形状相适应，第二矩形槽部的宽度小于所述半圆槽部半径。

所述定子为两极定子。

所述电机轴的长度为2300~2400mm，所述转子铁芯长度为760~780mm。

所述冷却器为强迫水冷结构。

本实用新型的有益效果如下：

一、本实用新型为使电机能承受大转矩和频繁大过载，在转子具有较高的结构强度及疲劳强度前提下，加大转子的尺寸，加大电机的转动惯量，将电机轴中部与转子铁芯配合的轴段设计成花轴段，花轴段的结构保证了电机轴具有较大的外圆尺寸，同时花轴段上弧槽又降低了电机轴的质量，减少转子质量，缩短转子长度，达到了较小转动惯量的目的；

二、本实用新型对转子铁芯冲片的冲片槽和定子冲片的冲片槽需要进行相应的匹配，定子和转子具有较高同轴度，气隙磁场相对较均匀，电磁噪声相对较小，温升可受控。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中电机的结构示意图；

图3是定子冲片中冲片槽的结构示意图；

图4是转子铁芯冲片中冲片槽的结构示意图；

图5是本实用新型中电机转子的结构示意图；

图6是图5中电机轴的结构示意图；

图7是图6中沿A—A向的剖视图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1至图7所示，一种低转动惯量的高转矩变频电机，包括电机本体1和设置在所述电机本体1上的冷却器2，所述电机本体1包括电机轴5、电机座4和设置在电机座4内的定子3、转子铁芯6，所述电机轴5沿横向贯穿所述电机座4，所述转子铁芯6套装在所述电机轴5中部，所述转子铁芯6冲片和定子3冲片上均开设有多个均匀间隔布置的冲片槽7。为使电机能承受大转矩和频繁大过载，需要转子具有较高的结构强度及疲劳强度，因此需要加大转子的尺寸，但这样加大了电机的转动惯量，与用户要求转动惯量小冲突，因此需要在转子铁芯6进行结构强度及疲劳强度分析后，保证转子结构可靠性前提下，减少转子质量，缩短转子长度，达到较小转动惯量的目的。因此，所述电机轴5中部为与所述转子铁芯6配合的轴段为花轴段8，所述花轴段8的周向均匀间隔设有多个沿所述电机轴5轴向延伸的弧槽9，花轴段8的结构保证了电机轴5具有较大的外圆尺寸，同时花轴段8上弧槽9又降低了电机轴5的质量。在电机轴5具有较大的外圆尺寸下，保证电机轴5的结构强度及疲劳强度前提下，尽量缩短尺寸，花轴段8外径与长度比值为1：3.5~1：3.7，所述电机轴5前部包括从前至后依次布置的输出段10、前阶梯段11和前连接段12，所述输出段10的外径与长度比值为1：1.77~1：1.79，所述前阶梯段11包括从前至后依次布置的第一段13、第二段14、第三段15和第四段16，所述第一段13的外径与长度比值为4.2：1~4.3：1，所述第二段14的外径与长度比值为2.4：1~2.5：1，所述第三段15的外径与长度比值为3.5：1~3.6：1，所述第四段16的外径与长度比值为1.7：1~1.7：1，所述前连接段12的外径与长度比值为0.35：1~0.45：1；所述电机轴5后部包括从后至前依次布置的后阶梯段17和后连接段18，所述后连接段18的外径与长度比值为0.35：1~0.45：1，所述后阶梯段17包括从后至前依次布置的第五段19、第六段20、第七段21和第八段22，所述第五段19的外径与长度比值为4.2：1~4.3：1，所述第六段20的外径与长度比值为2.4：1~2.5：1，所述第七段21的外径与长度比值为3.5：1~3.6：1，所述第八段22的外径与长度比值为1.6：1~1.7：1。

所述花轴段8外径:225~235mm，长度为820~830mm；所述输出段10的外径为135~145mm，长度为245~255mm；所述第一段13的外径为140~150mm，长度为30~40mm，所述第二段14的外径为145~150mm，长度为55~65mm，所述第三段15的外径为145~155mm，长度为40~45mm，所述第四段16的外径为165~175mm，长度为99~108mm，所述前连接段12的外径为145~155mm，长度为375~385mm；所述后连接段18的外径为145~155mm，长度为375~385mm，所述第五段19的外径为140~150mm，长度为30~40mm，所述第六段20的外径为145~150mm，长度为55~65mm，所述第七段21的外径为145~155mm，长度为40~45mm，所述第八段22的外径为165~175mm，长度为99~108mm。

本实用新型中定子3为两极定子且转子铁芯6较短，会出现定子3齿磁密高度饱和现象，但本实用新型中电机是变频电机且频繁正反转，不可能用磁性槽契，这样槽契安装尖角处磁密更加饱和；因且转子铁芯6长度较小，转子齿磁密饱和程度比定子3更严重，气隙磁场高度饱和，因此必须保证定子3和转子的同轴度，否则出现气隙磁场不均，电磁噪声大，温升不受控，电机过载性能不受控等，因此本实用新型的转子铁芯6冲片的冲片槽7和定子3冲片的冲片槽7需要进行相应的匹配。所述转子铁芯6冲片的冲片槽7为45~50个，转子铁芯6冲片的冲片槽7从内到外依次包括U型槽部25、半圆槽部26和第二矩形槽部27，所述U型槽部25的开口朝外、半圆槽部26开口朝内并与U型槽部25外端连通，第二矩形槽部27的内端与半圆槽部26外端连通。

所述定子3冲片的冲片槽7为55~65个，定子3冲片的冲片槽7均由第一矩形槽部23和等腰梯形槽部24组成，所述第一矩形槽部23位于所述等腰梯形槽部24的外侧，等腰梯形槽部24的小端朝内，大端朝外且与所述第一矩形槽部23内端连通。

所述U型槽部25外端形状与所述半圆槽部26内端形状相适应，第二矩形槽部27的宽度小于所述半圆槽部26半径。

以YPKS500-4 380kW 690V 13.7Hz 电机为例，用户要求型式试验最大转矩倍数为3.3，转动惯量为26kg.m2，电磁设计时，转速是400rpm，相当于额定频率为50Hz的十四至十六极电机，转子铁芯6外径相对很大，在如此大转矩和过载要求情况下，选择十六极定子3是不可能达到用户对转动惯量为26kg.m2的要求，只能选用两极定子3，因此所述定子3为两极定子。

所述电机轴5的长度为2300~2400mm，所述转子铁芯6长度为760~780mm，可以减小转子的转动惯量。

变频器的谐波念量比正常变频器大很多，导致变频电机发热量比正常电机大很多，把变频电机产生的热量带走是很大的一个难点，因此所述冷却器2为强迫水冷结构，在定子3和转子铁芯6上设置径向通风道，可以保证电机在正常转速范围内具有较好的冷却效果，电机整个工作过程温升不超标。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。