符合IE5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子的制作方法

符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子
技术领域
1.本发明涉及三相异步电动机技术领域，尤其涉及一种符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子。


背景技术：

2.ie5系列超高效三相异步电动机符合gb 18613-2020 《电动机能效限定值及能效等级》中规定的1级效率标准；同时，符合iec 60034-30-1: 2014标准的ie5能效等级；其提高效率设计，符合国家对生产制造行业提出节能降耗的要求。ie5系列超高效三相异步电动机具有结构合理，外形美观，效率高，噪音低，防护等级、绝缘等级高等优点，可广泛应用于风机、水泵、机床、压缩机和运输机械等驱动各种通用机械设备，也可在石油、化工、钢铁、矿山等其它环境比较恶劣的场所使用。
3.根据以往，在高效电机设计制造中，为了提高电动机效率，采用降低电机中的各种损耗，如降低铁耗、铜耗、机械损耗、杂散损耗；采用增加有效材料的方法，提高电动机效率，增大槽型和导线的截面积，提高定子槽满率；提高制造精度，缩短线圈端部长度，加强冲片和定子铁芯的制造质量，从而减少铁耗和激磁电流及其引起的铜耗；改善转子槽绝缘工艺，降低负载杂耗；合理选择槽配合和硅钢片的牌号，降低铁损和定子铜耗。
4.以上各种方案，均以增加电机材料成本为代价，但往往在实践中发现通过电磁优化和增加有效材料后，对于效率的提升有限，特别是对转子损耗和杂散损耗降低有限。现有技术相对成熟，且不同程度增加了产品的售价，转嫁到用户又不能接受价格涨幅的问题。因此，还需要通过其他根据有效地技术措施，进一步提高电机效率，同时不增加材料成本和制造费用，使电机能够达到更大的功率密度和高效率的要求，得到最终用户的青睐。
5.换言之，现有技术在电机设计中，降低转子损耗和杂散损耗有很多技术途径，但效果从各类软件仿真中无法识别，需要产品试制后根据试验结果才能分离各类损耗。转子槽型与转子铸铝的很多技术指标和工艺要求密切相关，相互影响；转子在电动机内部属于高速旋转部件，参数不易受控，散热效果差，发热状态不易察觉；三相异步电动机由于定、转子齿槽转矩的存在，旋转时产生脉振损耗。转子采用闭口槽，可削弱一部分气隙谐波磁场的脉动，降低谐波磁场的一部分损耗，但对整体杂散损耗降低效果有限；而ie5电动机效率要求高，对损耗的控制更加严格，需要更加先进的技术方案才能有效降低转子损耗和杂散损耗。
6.另外一种降低转子损耗是转子采用铸铜转子、永磁转子方案，能够提高电机功率密度，减少电机体积和重量。然而，工业用途的电动机中，采用铸铝转子和铸铜转子研究表明：铸铜转子只能使用在较小功率段，而工业电机最大功率可达几百千瓦，转子尺寸大时我国铸铜工艺不成熟，且成本远远高出铸铝转子。相同中心高的铸铝转子和铸铜转子，在不考虑有效体积的前提下，二者的效率指标相当，但铸铜转子的制造成本高出铸铝转子15%以上；而永磁转子采用了永磁体，取消了励磁系统，无需励磁电流，转子损耗小，效率高。永磁电机需要增加专门的变频器或控制器才能进行控制，而异步电机无需控制器；同样，因永磁体价格高，成本比铸铝转子增加50%以上，且不包括控制器的成本。
7.因此，根据以上，研究出一种ie5超高效率三相异步电动机的铸铝转子，能大幅度降低转子损耗和杂散损耗，结合定子铜耗降低技术、低风摩损耗风扇、低谐波绕组等技术，对于达到ie5效率指标有着至关重要的作用。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子，其能够有效降低转子损耗和杂散损耗。
9.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子，包括：双笼型闭口槽转子冲片，所述双笼型闭口槽转子冲片采用高速级进模具冲压，且冲压时转子外圆带气隙值，不再车气隙，以用于减少车床加工时的毛刺和硅钢片间绝缘；上笼条采用圆形结构，以用于增加启动转矩，且所述上笼条与下笼条的上下过渡处采用小圆角过渡，以用于减少冲压过程的毛刺和增加模具寿命；轴孔的两侧具有对称分布的双键槽，以用于降低不平衡量并防止平衡量变大；人字型双螺旋槽铸铝转子，所述人字型双螺旋槽铸铝转子中所述双笼型闭口槽转子冲片在假轴上叠压，且叠压时，分两段进行叠压；两段转子冲片的斜槽方向呈人字形分布，且中间通过所述双笼型闭口槽转子冲片的铝隔板进行分隔；铁芯压实后，所述双笼型闭口槽转子冲片的叠压系数不低于98%，同时使转子铁芯的冲片间精密无波浪形；转子铸铝采用一级重熔用铝锭，并采用压力铸铝工艺，利用压铸机产生的高压力，将铝液高速充填至铸模型腔和铁芯槽内，且在压力下凝固成型；同时采用了定转子气隙冲出工艺，转子套轴后无需车外圆也即气隙，只需车出螺距为sk尺寸的双螺旋槽，并且两端铁芯的螺旋槽旋向对称分布，其螺旋槽为双排分布。
10.其中，所述双笼型闭口槽转子冲片中，所述双键槽的过渡处采用圆角r0.5过渡。
11.具体地，所述双笼型闭口槽转子冲片中，所述下笼条的宽度不大于所述上笼条的宽度。
12.进一步地，所述双笼型闭口槽转子冲片中，所述双笼型闭口槽转子冲片的桥拱高为0.25mm。
13.实际应用中，所述人字型双螺旋槽铸铝转子中，包括有端环，同时未设置有铸铝风叶和平衡柱；压力铸铝时，铝液填充模具内及所述双笼型闭口槽转子冲片的槽内空隙，并将所述端环和导条及所述铝隔板连接为一体，以形成铸铝转子。
14.其中，转子套轴时采用热套工艺，转子加热至500-550℃，保持2-3小时，穿轴后在水中浸7-10秒，当转子尚有200℃的温度时取出，并利用此余热使转子自行干燥。
15.具体地，利用铝和矽钢片的膨胀系数不同的特点，将加热后的转子迅速冷却，使铁芯与铝条之间形成微小的间隙，以增加接触电阻，减少附加损耗。
16.进一步地，转子动平衡采用除料工艺，在所述端环上，根据不平衡量准确测量定位，进行减料，以使转子平衡精度提高，同时取消平衡柱，使电机平衡块因离心力甩出的质量风险彻底避免。
17.相对于现有技术，本发明所述的符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子具有以下优势：
本发明提供的符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子中，闭口槽的优点一是降低了气隙磁阻，激磁电流要小一些，产生的铜损耗也小；二是能够有效减少电机因磁导谐波在铁芯表面脉振产生的附加铁芯损耗，转子采用闭口槽能够减少电机的定子铜耗和杂散损耗，减少的幅度与闭口桥拱高度或磁桥厚呈正相关；转子采用闭口槽，因漏抗增大使起动电流有所下降，但同时起动转矩、最大转矩也随之减小，因此，采用闭口槽时应同时兼顾起动和过载能力数据的变化不能低于标准允许的限值；转子采用闭口槽后，噪声有一定程度的降低，尤其对电磁噪声和振动有极为明显的抑制作用，若能使闭口槽电机转差率维持半闭口槽的水平，效率提升的水平会更高。
附图说明
18.图1为本发明实施例提供的符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子中双笼型闭口槽转子冲片的结构示意图；图2为本发明实施例提供的符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子的结构示意图。
19.附图标记：1-双笼型闭口槽转子冲片；11-上笼条；12-下笼条；13-轴孔；14-双键槽；2-铝隔板；3-端环；4-导条；5-双螺旋槽。
具体实施方式
20.为了便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子进行详细描述。
21.本发明实施例提供一种符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子，如图1和图2所示，包括：双笼型闭口槽转子冲片1，该双笼型闭口槽转子冲片1采用高速级进模具冲压，且冲压时转子外圆带气隙值，不再车气隙，以用于减少车床加工时的毛刺和硅钢片间绝缘；上笼条11采用圆形结构，以用于增加启动转矩，且上笼条11与下笼条12的上下过渡处采用小圆角过渡，以用于减少冲压过程的毛刺和增加模具寿命；轴孔13的两侧具有对称分布的双键槽14，以用于降低不平衡量并防止平衡量变大；人字型双螺旋槽铸铝转子，该人字型双螺旋槽铸铝转子中双笼型闭口槽转子冲片1在假轴上叠压，且叠压时，分两段进行叠压；两段转子冲片的斜槽方向呈人字形分布，且中间通过双笼型闭口槽转子冲片1的铝隔板2进行分隔；铁芯压实后，双笼型闭口槽转子冲片1的叠压系数不低于98%，同时使转子铁芯的冲片间精密无波浪形；转子铸铝采用一级重熔用铝锭，并采用压力铸铝工艺，利用压铸机产生的高压力，将铝液高速充填至铸模型腔和铁芯槽内，且在压力下凝固成型；同时采用了定转子气隙冲出工艺，转子套轴后无需车外圆也即气隙，只需车出螺距为sk尺寸的双螺旋槽5，并且两端铁芯的螺旋槽旋向对称分布，其螺旋槽为双排分布。
22.相对于现有技术，本发明实施例所述的符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子具有以下优势：本发明实施例提供的符合ie5能效的双鼠笼双螺旋槽铸铝转子中，闭口槽的优点
一是降低了气隙磁阻，激磁电流要小一些，产生的铜损耗也小；二是能够有效减少电机因磁导谐波在铁芯表面脉振产生的附加铁芯损耗，转子采用闭口槽能够减少电机的定子铜耗和杂散损耗，减少的幅度与闭口桥拱高度或磁桥厚呈正相关；转子采用闭口槽，因漏抗增大使起动电流有所下降，但同时起动转矩、最大转矩也随之减小，因此，采用闭口槽时应同时兼顾起动和过载能力数据的变化不能低于标准允许的限值；转子采用闭口槽后，噪声有一定程度的降低，尤其对电磁噪声和振动有极为明显的抑制作用，若能使闭口槽电机转差率维持半闭口槽的水平，效率提升的水平会更高。
23.其中，如图1所示，上述双笼型闭口槽转子冲片1中，双键槽14的过渡处可以采用圆角r0.5过渡。
24.具体地，如图1所示，上述双笼型闭口槽转子冲片1中，下笼条12的宽度可以不大于上笼条11的宽度，以根据转矩的变化对转子的槽型进行优化。
25.进一步地，如图1所示，上述双笼型闭口槽转子冲片1中，该双笼型闭口槽转子冲片1的桥拱高可以为0.25mm，这是转子闭口槽磁桥厚过大，转子漏抗增大幅度变化较大，功率因数将趋于变差导致负载电流增加，使定转子铜耗、铝耗增加，抵消效率提升的成份甚至使效率反而下降。
26.实际应用中，如图2所示，上述人字型双螺旋槽铸铝转子中，包括有端环3，同时因ie5电机效率高、损耗小，未设置有铸铝风叶和平衡柱；压力铸铝时，铝液填充模具内及双笼型闭口槽转子冲片1的槽内空隙，并将端环3和导条4及铝隔板2连接为一体，以形成铸铝转子。
27.其中，转子套轴时采用热套工艺，转子加热至500-550℃，保持2-3小时，穿轴后在水中浸7-10秒，当转子尚有200℃的温度时取出，并利用此余热使转子自行干燥。
28.具体地，利用铝和矽钢片的膨胀系数不同的特点，将加热后的转子迅速冷却，使铁芯与铝条之间形成微小的间隙，以增加接触电阻，减少附加损耗。
29.进一步地，转子动平衡采用除料工艺，在所述端环上，根据不平衡量准确测量定位，进行减料，以使转子平衡精度提高，同时取消平衡柱，使电机平衡块因离心力甩出的质量风险彻底避免。
30.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。