专利名称：轻重节能多速全绕组异步机的制作方法
技术领域：
本发明所述的多速异步机是指一种新颖的包含21个系列、约200个不同容量、规格、品种的轻重节能多速全绕组异步电动机。它是继88107625.2号发明专利“节能多速异步电动机”之后，经实践和样机研制后的进一步发展，大幅度减少多速异步机总引线头数由前者之9头～36头降为后者的6头～15头，与每速3引线头之YD系列多速机之6头～12头接近。但本发明属于优性能多速机新系列，其工业应用领域宽广。全绕组是指不论多速机为双、三、四速，不论绕组为单层或多层、不论绕组有多个跨距值或分裂线圈，电机各绕组均全部载流。
本发明是在Y系列单速机基础上派生改革而成的新电机系列，为叙述方便以代号QYD表达，即轻重、多速Y型电机派生产品。本发明有关之现有技术是70年代之JDO2系列和80年代之YD系列多速异步机，后者的总体性能水平与国外80年代同类产品接近。YD系列特点是双速机6引线头、三速机9引线头、四速机12引线头，即每速3引线头。其优点是引线头数最少可简化控制电器;其不足是双速机中缺少多种6引线头含低速档、远极比之双速机，例如变极比为2Pi＝4/12;4/16;6/18;6/24等。如现有JZ2-H22或JZ2-H23系列(大连第二电机厂产品)和BJZD2系列(佳木斯电机厂产品)都是远极比双速机，但都使用双套三相绕组，其总引线头数也是∑N＝6，这些双速机与同重量单速机比较，其输出功率及效率值均显著下降。又YD系列三速机以上，都设置有不同跨距值之双套三相绕组，运行中只有一套绕组投入工作，各变速档下绕组载流率都只有50%，故大大降低了电动机的输出容量和效率值。取YD112M-4/6/8为例与同重量Y112M-4比较，前者的输出功率仅有1.5KW，效率为75%;后者为4.0KW，效率为84.5%;以YD180L-4/6/8/12四速机为例，其最小起始重量为210Kg。而本发明的轻型QYD90L-2/4/6/8四速机只有27Kg，仅为前者重量的13%，可见YD系列四速机之材料利用率更差。针对上述现有技术中所存在的问题，设计一种结构合理、技术先进的轻重节能多速全绕组异步机系列，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
鉴于上述现有诸种多速异步机技术中所存在的问题，本发明的目的是尽可能保留YD系列电机的优点，克服其缺点。利用“广义多变量离散函数优选法”在电机变极中应用，发明一种新型多速异步机系列以适应节能多速风机、恒功率多级变速台钻及船舶、冶金、起重机等部门对于优性能多速异步机的需要。
本发明所述的轻重节能多速全绕组异步机系列其机械结构见附
图1，它主要是由机座、定子铁芯、转子、转轴等组成。定子三相绕组不同于Y型单速异步机，可以是单套、双套或多套绕组，变极调速时，各套绕组均载流，通过特殊的子绕组分组接线法，优化变极时三相绕组接线方式M所得之全绕组异步机系列。它与YD系列电机相似亦有双速、三速、四速，可供多级变速工业领域实际应用选择，与YD之全部9个系列电机比较，本发明电机扩展为21个系列。本系列任一规格多速机中必有某个转速档之输出功率及效率值与同重量单速机接近(或稍低)。本系列电机的不足是较YD系列电机每速3引线头稍有增加，本系列电机双速～四速之总引线头数为∑N＝6～15。本系列电机的优点是轻重量、高效率、高出力、恒功率、宽速比、多品种、广用途等优性能。
本多速异步机系列机械结构另一特点是出线盒完全通用Y系列单速机，但比较后者简化省去接线盒中的接线板、接线柱和螺母、垫圈等定位装置，本系列电机全部6头～15头均为自由端，密闭放置于接线盒中。
本系列电机之所以有如此多系列、多品种之优性能多速异步机，其原因是实践研究了多速电机中最佳变极数2Pi，它是诸多(10个)自变量包含定子铁芯内径Di、铁芯长度L、定、转子槽数Q1和Q2、绕组系数Kdp、三相绕组跨距Yk等诸离散自变量的隐函数。所有这些优性能的获得，其实质是“广义多变量离散函数优选法”，若干主导自变量最佳取值在异步电动机变极调速中的应用。本实用新型所述的最佳变极数因变量2Pi的可取值是依据下列隐函数公式获得的。
2Pi＝f(Di、L、Q1、Q2、Yk、S、∑N、W、Kdp、M)[1]式中各自变量含义Di-定子铁芯内径(毫米);
L-定子铁芯净长(毫米);
Q1-定子槽数;
Q2-转子槽数;
Yk-三相绕组以槽数计的跨距值;
S-绕组层数;
∑N-总引出线头数;
W-三相绕组套数;
Kdp-绕组系数;
M-△或Y或多个△多个Y串并联的接线方式。
2Pi-因变量容许变极数。
因变量2Pi之可取值分别为2Pi＝2、4、6、8、12、16、18、24、32、灵活运用公式[1]、通用Y系列单速异步机之全部机械另部件，可取Y系列电机之Y80、Y90、Y100、Y112、Y132、Y160、Y180、Y200、Y225、Y250、Y280各个机座号之不同长度定、转子铁芯，并使定子铁芯之三相绕组空出，据不同多速异步机性能需要按本实用新型所提供之9个全槽电势星嵌线表法嵌线，其实质为优化绕组嵌线法、给定Yk后，优选绕组分布系数Kd值、据变极档数需要引入高绕组系数、不等跨距值、双层或多层绕组、或分裂线圈之特殊设计、改进子绕组分组接线法并选取最佳之三相绕组接线方式等，从而制造出本多速异步机系列。
以下阐述本多速异步机系列设计、制造技术之关键，给出全部21个系列约200个不同容量、规格、品种的全绕组异步机的全槽电势星嵌线表之使用方法、各系列电机主要参数技术特点及其应用领域。
1、远极比双速机远极比包含3倍极和4倍极双速机，主要应用于起重机、防爆冶金机械、船舶铆链和建筑机械等。其特点为1)重量轻;2)引线头数少、一般∑N＝6;3)双速中必有其中一个速有高Kdp值;4)应用于特殊需求宽速比Kv＝3～4(或6)场合。
三倍极双速机系列[1]2Pi＝2/6本系列异步机通用Y型单速机，其定子铁芯齿数可取值范围为Q1＝24、30、36、48、54、60、72。给出其全槽电势星嵌线法列于表1。取Q1＝36，由表1得Yk＝16; ∑N＝6 M＝ /Y。
子绕组分组接线图和三相绕组接线方法M等均可以由表1推得(见实施例1)，当Q1＝24、30、48、60时，需将每个双层槽线圈均分为3个分裂线圈。欲提高低速之输出功率可取Yk＝17;欲改进高速时之波形，降低谐波损耗可取Yk＝15。
系列[2]2Pi＝4/12本系列异步机通用Y型单速机，定子齿数可取值为Q1＝48、60、72。其全槽电势星嵌线法等值于2个表1相叠加(重复)，将Q1＝72看作Q1＝36+36，即可以采用与表1相同的嵌线法下线。取Q1＝72，由表1得Yk＝16; ∑N＝6 M＝ /Y。
四倍级双速机系列[3]2Pi＝2/8本系列通用Y型单速机，其定子齿数可取值为Q1＝24、36、48、60、72。其嵌线法列于表2。取Q1＝24，由表2得Yk＝9;∑N＝6，M1＝ /Y;∑N＝6，M2＝2Y/Y本系列双速机在总引线头数∑N＝6时，有两种接线方式可选择。
系列[4]2Pi＝4/16本系列通用Y型单速机，取Q1＝48。其嵌线法等效于2个表2相叠加，将Q1＝48看作Q1＝24+24，可采用与表2相同的嵌线法下线。由表2得Yk＝9;∑N＝6，M1＝ /Y;∑N＝6，M2＝2Y/Y系列[5]2Pi＝6/24本系列通用Y型单速机，取Q1＝72，其嵌线法等效于3个表2相叠加，将Q1＝72看作Q1＝24+24+24，可采用与表2相同的嵌线法下线。由表2得Yk＝9;∑N＝6，M1＝ /Y;∑N＝6，M2＝2Y/Y2、高出力双速机系列[6]2Pi＝2/4本系列通用Y型单速机，定子齿数可取值为Q1＝18、24、36、48、54、72，其嵌线法列于表3。取Q1＝18，得Yk＝5;S＝2兼有S＝3(双、三层混合绕组)
有两种接线方式可选择∑N1＝9，M1＝4Y/2Y，可得高出力双速机。
∑N2＝12，M2＝2△/2△，可得恒功率双速机。
系列[7]2Pi＝4/8本系列通用Y型单速机，定子齿数可取值为Q1＝36、48、72。取Q1＝36，其嵌线法等效于2个表3相叠加，将Q1＝36看作Q1＝18+18，可采用与表3相同的嵌线法下线，由表3得，Yk＝5;S＝2或S＝3∑N1＝9，M1＝4Y/2Y，高出力双速机。
∑N2＝12，M2＝2△/2△，恒功率双速机。
系列[8]2Pi＝6/12本系列通用Y型单速机，定子齿数可取值为Q1＝54、72。取Q1＝54，其嵌线法等效于3个表3相叠加，将Q1＝54看作Q1＝18+18+18，可采用与表3相同的嵌线法下线，由表3得，Yk＝5;S＝2或S＝3;∑N＝9，M＝4Y/2Y系列[9]2Pi＝8/16本系列通用Y型单速机，取Q1＝72。其嵌线法等效于4个表3相叠加，将Q1＝72看作Q1＝18+18+18+18，可采用与表3相同的嵌线法下线，由表3得，Yk＝5;S＝2或S＝3;∑N＝9、M＝4Y/2Y3、多功能三速机多功能三速机有十多个系列，包含恒功率、轻重量、高效率、大出力、低速级等三速机，大大发展了YD系列三速机品种、范围，特别适用于恒功机床和高中低三档之多级变速风机。其特点为1)轻自重;2)高效率;3)低速级;4)多品种(比YD系列电机多三倍以上);5)优性能;6)广用度。
恒功三速机系列[10]2Pi＝2/4/6
本系列通用Y型单速机，其定子齿数可取值为Q1＝36、54、72。取Q1＝36，其嵌线法完全同表9，但应将表9中2Pi＝8这部分删去，由表9得Yk＝6;∑N＝11，M＝3Y/3Y/3Y本电机接线方式优化，在总引线头数为11条件下实现恒功变速。
轻重三速机系列[11]2Pi＝2/4/6本系列通用Y型单速机，其定子齿数可取值为Q1＝36、54、72。取Q1＝36，其嵌线法列于表4，由表4得Yk＝7;∑N＝13、M＝3Y/3Y/ 高效三速机系列[12]2Pi＝2/4/8本系列通用Y型单速机，其定子齿数为Q1＝18、24、30、36、48、54、60、72。取Q1＝24，其嵌线法列于表5，由表5得Yk＝9;∑N1＝15，M1＝4Y/2△/△应用于高速风机，需高速大出力时有第2种接线方式∑N2＝15，M2＝2△/2Y/Y，当Q1＝18、30、60时，需将双层绕组每个槽线圈均匀地1分为2。
系列[13]2Pi＝4/8/16本系列通用Y型单速机，其定子齿数为Q1＝36、48、60、72。取Q1＝48，其嵌线法等效于2个表5相叠加，将Q1＝48看作Q1＝24+24，可采用与表5相同的嵌线法下线，由表5得，Yk＝9;∑N1＝15，M1＝4Y/2△/△∑N2＝15，M2＝2△/2Y/Y系列[14]2Pi＝6/12/24本系列通用Y型单速机，其定子齿数为Q1＝54、72。取Q1＝72，其嵌线法等效于3个表5相叠加，将Q1＝72看作Q1＝24+24+24，就可采用与表5相同的嵌线法下线，由表5得，Yk＝9;∑N1＝15，M1＝4Y/2△/△∑N2＝15，M2＝2△/2Y/Y系列[15]2Pi＝8/16/32本系列通用Y型单速机，其定子齿数取Q1＝72，其嵌线法列于表6，由表6得，Yk＝6.5;S＝4;∑N1＝15，M1＝4Y/2△/△∑N2＝15，M2＝2△/2Y/Y大出力三速机系列[16]2Pi＝4/6/8本系列通用Y型单速机，其定子齿数为Q1＝36、48、54、72。现取Q1＝36，将嵌线法列于表7，由表7得，Yk＝6;∑N1＝15，M1＝2△/2Y/△∑N2＝12，M2＝2△/2Y/2Y系列[17]2Pi＝8/12/16本系列通用Y型单速机，其定子齿数为Q1＝72。其嵌线法等效于2个表7相叠加，将Q1＝72看作Q1＝36+36，即可采用与表7相同的嵌线法下线，由表7得，Yk＝6;∑N1＝15，M1＝2△/2Y/△∑N2＝12，M2＝2△/2Y/2Y系列[18]2Pi＝6/8/12本系列通用Y型单速机，其定子齿数为Q1＝36、54、72。取Q1＝36，将其嵌线法列于表8，由表8得，Yk＝4;∑N＝15，M＝2△/2Y/△低速三速机系列[19]2Pi＝12/16/24本系列通用Y型单速机，取Q1＝72，其嵌线法等效于2个表8相叠加，将Q1＝72看作Q1＝36+36，即可采用与表8相同的嵌线法下线，由表8得，Yk＝4;∑N＝15 M＝2△/2Y/△4、广复盖四速机本四速机的重量轻、体积小，其变速级能复盖45千瓦以下全部Y型单速机(2Pi＝2、4、6、8)，又能复盖全部YD系列三速机(2Pi＝2/4/6、2/4/8、4/6/8)，本电机适用于各种需多级变速的机器设备。其特点有1)轻自重;2)宽速比;3)多速级;4)广用途。
系列[20]2Pi＝2/4/6/8本系列通用Y型单速机，其定子齿数为Q1＝36、54、72。现取Q1＝36，将其嵌线法列于表9，由表9得，Yk＝6;∑N＝15，M＝ / /3Y/ 系列[21]2Pi＝4/8/12/16本系列通用Y型单速机，取Q1＝72，其嵌线法等效于2个表9相叠加，将Q1＝72看作Q1＝36+36，即可采用与表9相同的嵌线法下线，由表9得，Yk＝6;∑N＝15 M＝ / /3Y/ 本发明共有六个附图，其中附图1是轻重节能多速全绕组异步机机械结构图。
附图2是四速机2Pi＝2/4/6/8的子绕组分组接线法。
附图3是四速机三相绕组2极接线方式。
附图4是四速机三相绕组4极接线方式。
附图5是四速机三相绕组6极接线方式。
附图6是四速机三相绕组8极接线方式。
图中1、机座2、定子铁芯3、定子三相绕组4、转子5、转轴本发明的具体实施例如下实施例1，广复盖四速异步机QYD132S-2/4/6/8本四速机的机械结构与附图1相同，它是由机座(1)、定子铁芯(2)、转子(4)、转轴(5)所组成，其全部另部件均取给通用Y系列单速异步机Y132S-4。本四速机的特点是定子三相绕组(3)系根据公式[1]优选后，经研制试验调整，给出全槽电势星嵌线法列于表9。本电机之定子绕组属单套全负荷绕组，其总引线端数为∑N＝15根，根据公式[1]本四速机各个自变量值设计选取如下Di＝136、L＝115、Q1＝36、Q2＝26、Yk＝6S＝2 W＝1、∑N＝15、M＝ / /3Y/ 据表9数据，运用矢量图法不难算出2Pi＝2/4/6/8各变极数下之绕组系数Kdp2＝0.49 Kdp4＝0.795 Kdp6＝0.837 Kdp8＝0.598据表9嵌线法，经比较试探导出最佳子绕组分组接线法列于附图2。图中每相有二组接线共5个引线头，三相电机总共有5×3＝15个引线头。依据附图2、计及充分发挥每种变极数下的输出功率最大这个原则，筛选推导出三相绕组接线方式见附图3～附图6。
现取重量相接近与本四速机同机座号之YD132S-4/6/8及YD132M2-4/6/8之规格参数列于表10。由表10清楚看出1)本四速机与YD三速机比较，在平均效率、重量相同条件下，输出功率高80%以上;2)在输出功率相接近时，本四速机比YD132M2-4/6/8三速机重量减轻30%许;3)本四速机比YD三速机多1个最高转速3000转/分。
实施例2，大出力三速机QYD112M-4/6/8本三速机的机械结构同实施例1，但通用Y112M-4单速异步机，其全槽电势星嵌线法见表7。经电机设计电磁计算定转子铁芯较Y112M-4需加长10毫米，选用单套定子绕组。本电机有M1或M2两种接线方式可供选择，其总引线头数分别为15或12。据公式[1]本三速机各自变量值选取如下Di＝111、L＝130+10＝140、Q1＝36、Q2＝26、Yk＝6 S＝2 W＝1、∑N1＝15、M1＝2△/2Y/△∑N2＝12、M2＝2△/2Y/2Y由表7数据算出各转速档之绕组系数Kdp4＝0.831 Kdp6＝0.644 Kdp8＝0.731子绕组分组接线图和三相绕组接线方式可以仿照实施例1程序导出。
现取实施例2 QYD112M-4/6/8、已研制过的QYD112-2/4/8、QYD112-2/4/6和YD系列电机之YD132M1-4/6/8、YD132M-2/4/8、YD132M1-2/4/6之规格参数相比较列于表11。由表11清楚看出1)QYD112M-4/6/8与YD132M1-4/6/8比较，前者重量减轻40%，效率平均高2%并且最高转速时输出功率高90%多;2)QYD112M-2/4/8与YD132M-2/4/8比较，前者效率平均高2%、重量减轻40%;3)QYD112M-2/4/6与YD132M1-2/4/6比较，前者重量减轻43%多。
实施例3，恒功三速机QYD100L-2/4/6本三速机的机械结构同实施例1，但通用Y100L2-4单速异步机，其全槽电势星嵌线法同表9，但应删去2Pi＝8这部分。定子绕组属单套全负荷绕组，该电机之总引线端数为∑N＝11，依照公式[1]各自变量值设计选取如下Di＝98、L＝135+10＝145、Q1＝36、Q2＝32、Yk＝6 S＝2 W＝1、∑N＝11、M＝3Y/3Y/3Y据表9嵌线法数据算出各转速档之绕组系数Kdp2＝0.49 Kdp4＝0.795 Kdp6＝0.837本三速机子绕组分组接线图和三相绕组接线方式可以仿照实施例1导出。
现取实施例3 QYD100L-2/4/6与YD系列电机YD100L-2/4/6、YD132M1-2/4/6以及Y100L-6之规格参数相比较列于表12。由表12清楚看出1)恒功三速机QYD100L-2/4/6是一种优性能的等功率多速电动机，与同重量之YD100L-2/4/6比较在恒功于2Pi＝6时，本电机有2.2KW输出，接近等于YD三速机输出功率之三倍;2)QYD100L-2/4/6与Y型单速机Y100L-6相比较，输出功率并无损失，其利用系数单位重量的功率分别为P/G＝0.056与P/G＝0.045，即前者仍比后者高10%，亦即本三速机比单速6极机之材料利用率还提高10%;3)恒功三速机QYD100L-2/4/6与YD132M1-2/4/6比较，同样恒功率输出2.2KW时，前者的重量只有后者的一半。
下列表1-表9为不同规格电机的嵌线方式
权利要求
1.一种由机座(1)、定子铁芯(2)、转子(4)、转轴(5)所组成轻重节能多速全绕组异步电动机系列，其特征在于定子三相绕组(3)为变极绕组，可以是单套绕组、双套不等跨距绕组或多套绕组、或分裂线圈即混相绕组，但均为全负荷绕组，各套绕组变极调速时均载流全部投入运行；电机绕组引线头总数限制在6头到15头之间，根据变极绕组的不同接线方式可以分成子绕组进行分组组合，其组合型式可以按转速分为双速、三速、四速，按磁极比可分为倍极比、远极比、非整数极比等。由于定转子槽数Q1及Q2、电枢铁芯直径Di长度L、绕组跨距Yk选取值不同调节绕组系数Kdp值、改变并选择接线方式M，从而导出其总的组成型式，可归结为21个多速异步电机系列。
2.根据权利要求1所述的轻重节能多速全绕组异步机系列，其特征在于变极绕组的最大变极数或最佳变极数因变量2Pi的可取值是依据下列隐函数公式[1]获得。2Pi＝f(Di、L、Q1、Q2、Yk、S、∑N、W、Kdp、M)[1]式中各自变量含义Di-定子铁芯内径(毫米);L-定子铁芯净长(毫米);Q1-定子槽数;Q2-转子槽数;Yk-三相绕组以槽数计的跨距值;S-绕组层数;∑N-总引出线头数;W-三相绕组套数;Kdp-绕组系数;M-△或Y或多个△多个Y串并联的接线方式。2Pi＝2、4、6、8、12、16、18、24、32、
3.根据权利要求1或2所述的轻重节能全绕组异步机系列;其特征在于系列电机的总引线头数限制在，双速机∑N＝6、恒功双速机∑N＝12、三速机∑N＝11～15、四速机∑N＝15。
4.根据权利要求1或2所述的轻重节能全绕组异步机系列;其特征在于定子槽数可取值为Q1＝18、24、30、36、48、54、60、72;调节定子铁芯净长(L)、运用因变量2Pi表达式[1]，可得同步转速分别为nc＝3000、1500、1000、750、500、375、333、250、187.5转/分;组合出不同双速、三速和四速诸不同功率、不同规格的21个系列约200多个不同功率、不同变速比、不同品种规格的多速异步机，全部多速电机嵌线方法见表1～表9。
全文摘要
本发明所述的轻重节能多速全绕组异步机属于一种多规格变极多速异步电动机。其结构是不同形式的三相绕组均为全负荷绕组；电机绕组引线头总数限制在6头至15头之间；根据变极绕组的不同接线方式，其组合形式可以按转速分或按磁极比分。这种变极绕组的优化设计法、嵌线法和分组接线法等，其实质为“广义多变量离散函数优选法”在电机变级中应用。本发明可广泛的适用于机床、风机、造纸、起重等需要多级变速的领域。
文档编号H02K17/02GK1112745SQ9410920
公开日1995年11月29日 申请日期1994年8月31日 优先权日1994年8月31日
发明者周曼金 申请人:周曼金