雙斜槽轉子、基於該轉子的定轉子等槽配合結構的製作方法

2023-06-07 08:01:56

本實用新型涉及電機
技術領域：
，尤其涉及雙斜槽轉子、基於該轉子的定轉子等槽配合結構。
背景技術：
：電機氣隙磁場由基波氣隙磁場與諧波氣隙磁場組成。感應電機的附加損耗主要由氣隙諧波磁通引起。這些諧波磁場在定轉子鐵心中產生表面損耗和齒部脈振損耗，並且在籠型轉子中產生高頻電流損耗。這其中又以定轉子齒諧波磁通的作用最為顯著。當定、轉子槽數相等時，定子齒諧波磁通在轉子導條中感生電勢的情況如圖1所示。定、轉子槽數相等時，定子一階齒諧波磁通極數為Z1±p，轉子槽數為Z2，兩者近似相等。轉子導條71與轉子導條72中由定子齒諧波磁通感生的電勢大小近似相等，相位近似相同，因此轉子導條71與轉子導條72之間不會產生電流(包括橫向電流)。因此，當選取等槽配合時，定子齒諧波磁通不會在轉子導條中產生高頻電流損耗，包括橫向電流損耗。從圖1中還可以看出，當定、轉子槽數相等時，轉子齒頂的寬度近等於定子一階齒諧波磁場的波長，因此轉子齒中由定子一階齒諧波磁場引起的脈振最小，故脈振損耗也最小。同理，定子齒中由轉子一階齒諧波磁場引起的脈振損耗也最小。當定、轉子選取相同槽數時，定、轉子諧波磁場之間產生同步附加轉矩，直槽籠型轉子感應電動機無法起動。而轉子採用斜槽時，降低定子磁場與轉子磁場的耦合，當轉子斜一個定子齒距時，可以削弱定子齒諧波磁場在轉子繞組中感生的電動勢，但是單斜槽轉子感應電動機只能削弱定子齒諧波磁場的影響，無法消除其影響。當定、轉子槽數相等時，單斜槽轉子感應電動機可以削弱同步附加轉矩，但依然無法起動。技術實現要素：本實用新型的目的是為了突破傳統感應電動機的定、轉子槽數選擇限制，應用等槽配合時的良好特性，而提出了雙斜槽轉子、基於該轉子的定轉子等槽配合結構。本實用新型通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：一種雙斜槽轉子，所述雙斜槽轉子的槽數與同其相配合的定子的槽數相等；所述雙斜槽轉子包括第一轉子、第二轉子；所述第一轉子的槽體與所述第二轉子中對應的槽體反向扭斜；所述第一轉子與所述第二轉子的斜槽距離均為：所述第一轉子與所述第二轉子的斜槽角度均為：其中，Z1為定子槽數，p為電機極對數，Di1為定子內徑；所述第一轉子的槽體與所述第二轉子中對應的槽體的錯開角度為：其中Z2為轉子槽數。優選地：所述第一轉子與所述第二轉子之間通過中間環連接。一種基於上述的雙斜槽轉子的定轉子等槽配合結構，包括定子、雙斜槽轉子；所述雙斜槽轉子為內置轉子，所述雙斜槽轉子的槽數與所述定子的槽數相等；所述雙斜槽轉子包括第一轉子、第二轉子；所述第一轉子的槽體與所述第二轉子中對應的槽體反向扭斜；所述第一轉子與所述第二轉子的斜槽距離均為：所述第一轉子與所述第二轉子的斜槽角度均為：其中，Z1為定子槽數，p為電機極對數，Di1為定子內徑；所述第一轉子的槽體與所述第二轉子中對應的槽體的錯開角度為：其中Z2為轉子槽數。優選地：所述第一轉子與所述第二轉子之間通過中間環連接。優選地：所述中間環的材質包括矽鋼環、鋁環的一種。優選地：所述定子、雙斜槽轉子的槽數均為24；所述雙斜槽轉子中每段斜槽的角度均為15°；所述第一轉子的槽體與所述第二轉子中對應的槽體的錯開角度為錯開角度為7.5°；所述第一轉子與所述第二轉子的斜槽距離均為10.4mm；所述第一轉子的槽體與所述第二轉子中對應的槽體的錯開距離為5.2mm。優選地：所述定子、雙斜槽轉子的槽數均為36；所述雙斜槽轉子中每段斜槽的角度均為10°；所述第一轉子的槽體與所述第二轉子中對應的槽體的錯開角度為錯開角度為5°；所述第一轉子與所述第二轉子的斜槽距離均為11.8mm；第一轉子的槽體與所述第二轉子中對應的槽體的錯開距離為5.9mm。一種基於上述的定轉子等槽配合結構的感應電機或者感應式電磁泵。採用本實用新型的雙斜槽轉子製備的感應電動機，採用定、轉子等槽配合，在堵轉點消除了由奇次齒諧波磁場引起的同步附加轉矩同時削弱了偶次齒諧波磁場引起的同步附加轉矩。相比單斜槽感應電動機，雙斜槽轉子感應電動機採用定、轉子等槽配合可以起動，並且因為採用等槽配合，電機的附加損耗最小。定、轉子齒諧波磁場在轉子繞組中感生的電流最小，因而產生的異步附加轉矩也最小。本實用新型的優點在於：(1)利用雙斜槽轉子的感應電機消除奇次齒諧波磁場產生的同步附加轉矩，削弱偶次齒諧波磁場產生的同步附加轉矩的特點，首次提出定、轉子採用等槽配合，並且電機可以正常起動。(2)等槽配合時，電機的附加損耗最小，相對非等槽時，效率最高。(3)等槽配合時，定子齒諧波磁場在轉子繞組中感生的電流最小，產生的異步附加轉矩也最小，使電機在起動過程中具有良好的起動特性。附圖說明圖1為現有技術中當定、轉子槽數相等時，定子齒諧波磁通在轉子導條中感生電勢的情況的示意圖。圖2為本實用新型中雙斜槽轉子的結構示意圖。圖3為本實用新型的雙斜槽轉子中第一轉子的結構示意圖。圖4為本實用新型中直槽轉子不同的轉子位置與起動轉矩關係的示意圖。圖5為本實用新型中斜槽轉子不同的轉子位置與起動轉矩關係的示意圖圖6為本實用新型中雙斜槽轉子的不同的轉子位置與起動轉矩關係的示意圖。圖7為本實用新型中直槽轉子不同的轉子位置與起動轉矩關係的示意圖。圖8為本實用新型中斜槽轉子不同的轉子位置與起動轉矩關係的示意圖圖9為本實用新型中雙斜槽轉子的不同的轉子位置與起動轉矩關係的示意圖。具體實施方式為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。實施例1如圖2-3所述，本實施例公開一種雙斜槽轉子，雙斜槽轉子的槽數與同其相配合的定子的槽數相等；雙斜槽轉子包括規格、尺寸、結構相同的第一轉子、第二轉子；第一轉子的槽體111與第二轉子中對應的槽體121反向扭斜；第一轉子與第二轉子的斜槽距離均為：第一轉子與第二轉子的斜槽角度均為：其中，Z1為定子槽數，p為電機極對數，Di1為定子內徑；第一轉子的槽體與第二轉子中對應的槽體的錯開距離為：第一轉子的槽體與第二轉子中對應的槽體的錯開角度為：其中D2為轉子外徑，Z2為轉子槽數。在有些實施例中，第一轉子與所述第二轉子之間通過中間環13連接。或者也可以將第一轉子與所述第二轉子直接疊壓成型。在有些實施例中，所述中間環的材質包括矽鋼環、鋁環的一種。本實用新型中斜槽距離可選範圍為斜槽角度可選範圍為此範圍的兩個端點為兩個定子一階齒諧波磁場波長，為削弱這兩個定子齒諧波磁場的影響，以下實施例中取了取最優值(中間值)，中間值為S＝πDil/Z1、α＝2π/Z1。錯開距離可取錯開角度可取以下實施例中β取最優值2π/2Z2、C取最優值πD2/2Z2。本實用新型的優點在於：(1)利用雙斜槽轉子的感應電機消除奇次齒諧波磁場產生的同步附加轉矩，削弱偶次齒諧波磁場產生的同步附加轉矩的特點，首次提出定、轉子採用等槽配合，並且電機可以正常起動。(2)等槽配合時，電機的附加損耗最小，相對非等槽時，效率最高。(3)等槽配合時，定子齒諧波磁場在轉子繞組中感生的電流最小，產生的異步附加轉矩也最小，使電機在起動過程中具有良好的起動特性。實施例2本實施例公開一種定、轉子槽數為24-24的籠型轉子感應電動機，轉子為內置轉子轉子，內置與定子的腔體中。分別採用直槽轉子、斜槽轉子、雙斜槽轉子，電機主要相同參數如表1中所示。表1電機主要參數額定功率(kW)1.5並聯支路數1定子外徑(mm)130定子內徑(mm)80鐵心長度(mm)105氣隙長度(mm)0.25定子槽數24轉子槽數24繞組連接形式星形極數4其中斜槽轉子斜槽角度為15°，斜槽距離為10.4mm；雙斜槽轉子每段斜槽角度為15°，每段轉子的斜槽距離為10.4mm，錯開角度為7.5°，錯開距離為5.2mm。定子諧波磁場與轉子齒諧波磁場作用產生同步附加轉矩，表2中給出定子槽數為24，轉子槽數為24，極數為4的諧波譜表。表2槽配合為24-24時定轉子的諧波譜錶轉子諧波磁場由定子諧波磁場感生，表中k2＝0這一列的轉子諧波磁場(除去p＝2的定子主波磁場感生的p＝2階轉子主波磁場)與產生它的定子諧波磁場極數相等，轉速與旋轉方向相同，這兩個磁場之間相互作用產生的是異步附加轉矩。但因為定、轉子槽數相同，定子諧波磁場在轉子繞組中感生的電流很小，所以諧波產生的異步附加轉矩也很小，這與槽配合對附加損耗的影響是相似的。表中k2＝±1，±2，…這些列的轉子諧波磁場由對應的定子諧波磁場感生，可找到極數與轉子諧波磁場相等，但不感生該次轉子諧波磁場的定子諧波磁場。表2中有的諧波為幾個極數相同的諧波磁場，如在定子側有極數為-22的定子一階齒諧波磁場和定子相帶諧波磁場，在轉子側有由定子主波磁場(極數為p＝2)感生的極數為-22的轉子一階齒諧波磁場，由極數為23的定子一階齒諧波磁場和定子相帶諧波磁場感生的極數為-22的轉子二階齒諧波磁場，由極數為-46的定子二階齒諧波磁場和定子相帶諧波磁場感生的極數為-22的轉子一階齒諧波磁場，以及由極數-70的定子三階齒諧波磁場和定子相帶諧波磁場感生的極數為-22的轉子二階齒諧波磁場，等等一系列轉子齒諧波磁場。表中k2＝±1，±2，…的轉子諧波磁場都有極數相等的定子諧波磁場。定、轉子諧波磁場極數相等，故在堵轉時它們之間產生同步附加轉矩。當定、轉子槽數採用等槽，轉子分別採用直槽、斜槽、雙斜槽轉子結構時，在一個轉矩槽距角內的起動轉矩如圖4-6所示。表3起動轉矩曲線的數據起動轉矩(Nm)最大值最小值平均值直槽89.9-58.125.6斜槽54.9-16.421.5雙斜槽27.218.523.3表3中的數據為上圖中的起動轉矩曲線中的重要數值。從圖4並結合表3可以看出，起動轉矩最大值為89.9Nm，最小值為-58.1Nm，平均值為25.6Nm。在轉子機械角度9.5°到14.5°，起動轉矩為負值，可見直槽轉子的感應電動機難以在等槽配合的情況下起動起來。從圖5中，起動轉矩最大值為54.9Nm，最小值為-16.4Nm，平均值為21.5Nm。在大約轉子機械角度10.5°到14°內，起動轉矩為負值，可見斜槽轉子的感應電動機的最大起動轉矩和最小起動轉矩的絕對值數值都減小了，相對直槽轉子感應電動機削弱了同步附加轉矩，但也難以在等槽配合的情況下起動。從圖6中可以看出，雙斜槽轉子感應電動機在整個轉子槽距角內的起動轉矩數值都為正值，其最大值為27.2Nm，最小值為18.5Nm，平均值為23.3Nm，可以雙斜槽轉子感應電動機有效地削弱了同步附加轉矩，使得電機可以在等槽配合下起動。直槽轉子感應電動機在等槽配合的情況下，轉子各階齒諧波磁場均與定子諧波磁場在堵轉點產生同步附加轉矩，導致電機無法起動；斜槽轉子感應電動機在等槽配合的情況下，因為採用斜槽轉子，轉子各階齒諧波磁場均與定子諧波磁場在堵轉點產生同步附加轉矩要乘上斜槽係數，同步附加轉矩得到抑制，其幅值絕對值減小，但無法消除同步附加轉矩的影響，特別是轉子一階齒諧波磁場與定子一階齒諧波磁場產生同步附加轉矩，所以起動轉矩在轉子槽距角上的波形仍然呈現正弦波形態，可以單斜槽無法消除由一階齒諧波磁場產生的同步附加轉矩。雙斜槽轉子感應電動機在等槽配合下可以起動，其起動轉矩在轉子槽距角上的波形已經不再呈現一階正弦波形態，而是類似二階正弦波形態，這表明雙斜槽轉子感應電機有效消除由一階齒諧波磁場產生的同步附加轉矩。實施例3本實施例公開一種定、轉子槽數為36-36的籠型轉子感應電動機，定、轉子槽數都為36，轉子形式有直槽轉子、斜槽轉子、雙斜槽轉子，電機的主要參數如表4所示。表4電機主要參數額定功率(kW)11並聯支路數1定子外徑(mm)260定子內徑(mm)170鐵心長度(mm)155氣隙長度(mm)0.5定子槽數36轉子槽數36繞組連接方式三角形極數4其中斜槽轉子斜槽角度為10°，斜槽距離為11.8mm；雙斜槽轉子每段轉子斜槽角度為10°，每段轉子電斜槽距離為11.8mm，兩段轉子錯開角度為5°，錯開距離為5.9mm。定轉子槽配合為36-36時，定轉子諧波波譜如表5所示。表5槽配合為36-36時，定、轉子諧波譜表與實施例2中類似，k2＝0列中的轉子諧波磁場只能與定子諧波磁場產生異步附加轉矩，而不是產生同步附加轉矩。k2＝±1，±2，…列中的轉子諧波磁場與定子諧波磁場在堵轉點產生同步附加轉矩，例如定子側有極數為-34的定子一階齒諧波磁場與定子相帶諧波磁場，轉子側有k2＝-1列的極數為-34的轉子一階齒諧波磁場，k2＝1列的極數為-34的轉子一階齒諧波磁場，k2＝-2列的極數為-34的轉子二階齒諧波磁場，k2＝-2列的極數為-34的轉子二階齒諧波磁場。一個轉子槽距角內的起動轉矩波形如圖7-9所示。圖7是直槽轉子感應電動機在等槽配合下的起動轉矩波形，可見在一個轉子槽距角內起動轉矩波形剛好呈現出一個正弦波波形，轉子諧波磁場初相角在一個轉子槽距角內變化了2π，這與轉子一階齒諧波磁場的初相角特性相符，起動轉矩波形的最大值為419.5Nm，最小值為-268.5Nm，平均值為95.7Nm，這些都說明了起動轉矩是異步轉矩(包括主異步轉矩和附加異步轉矩)和同步附加轉矩的疊加。表6起動轉矩(Nm)最大值最小值平均值直槽轉子419.5-268.595.7斜槽轉子220.7-64.280.9雙斜槽轉子95.171.783.6在轉子機械角度6°到9.5°，起動轉矩為負值，可見直槽轉子的感應電動機難以在等槽配合的情況下起動起來。同樣地，圖8中，在轉子機械角度6.5°到9°內起動轉矩為負值，起動轉矩的最大值為220.7Nm，最小值為-64.2Nm，平均值為80.9Nm，起動轉矩的最值均有所減小，但轉矩最小值仍為負數，斜槽轉子在等槽配合情況下無法起動，起動轉矩波形還是呈現一個正弦波形態，說明斜槽轉子感應電動機可以削弱但無法消除由一階定、轉子齒諧波磁場產生的同步附加轉矩。圖9中起動轉矩的最大值為95.1Nm，最小值為71.7Nm，平均值為83.6Nm，起動轉矩在一個轉子槽距角上的值都為正值，電機具有可起動的潛力，並且起動轉矩波形在一個槽距角內已不再呈現一個正弦波形態，而是出現了兩個正弦波形態，這正說明雙斜槽轉子感應電動機有效消除了由一階定、轉子齒諧波磁場產生的同步附加轉矩，波形主要由二階定、轉子齒諧波磁場產生的同步附加轉矩構成，雙斜槽轉子感應電動機只能削弱而無法消除由二階定、轉子齒諧波磁場產生的同步附加轉矩。綜上所述，當vb次定子諧波磁場與va次定子諧波磁場在轉子繞組中感應產生的μa次轉子諧波磁場，極數相同、速度相同，這兩個諧波之間將會產生同步附加轉矩，使電機在低速區域的轉矩突變，電機的轉矩曲線上出現凹陷與上凸。同步附加轉矩的存在影響電機的起動性能，當它的幅值太大時甚至會導致電機無法起動。儘管定、轉子槽數為等槽配合時具有很多良好的特性，但一般不採用，其主要原因就是在起動時存在很大的同步附加轉矩。νb次定子諧波磁場與μa次轉子諧波磁場間產生同步附加轉矩，除了兩個磁場不是彼此感生，還必須滿足一下兩個條件：(1)|μa|＝|νb|，兩個磁場的極數彼此相同；(2)vμa＝vνb，vμa與vνb分別是νb次定子諧波磁場與μa次轉子諧波磁場相對於定子的線速度，兩個磁場必須同步運行。堵轉時的同步附加轉矩分析定子νb次諧波磁場表示為式中，Bνb為定子νb次諧波磁場的磁場強度幅值，ω1為電源角頻率，為定子νb次諧波磁場的初相角。當定、轉子槽數相等時，同步附加轉矩出現在堵轉點。同步附加轉矩由對應的同階次齒諧波磁場之間作用產生，同步附加轉矩產生的角速度可表示為當μa＝νb時，ωr＝0當電機堵轉，電機處於靜止狀態時，此時轉子諧波磁場的角頻率為ωμ＝ω1兩段轉子產生的齒諧波磁場為式中，Bμa為轉子μa次諧波磁場的磁場強度幅值，為轉子μa次諧波磁場的初相角，bsk1、bsk2分別為兩段轉子的斜槽距離，l1、l2為兩段轉子的軸向長度，R為轉子半徑。定子諧波磁場bvb(θ,t)與轉子齒諧波磁場有相同的極數，並且諧波磁場相對定子轉速相同。它們之間產生的同步附加轉矩為其中ks1與ks2在數值上與斜槽係數相同。當bsk1＝bsk2時，則ks1與ks2相等。式中，r為氣隙的平均長度，δ為氣隙的徑向長度，μ0為真空磁導率。當bsk1＝bsk2,l1＝l2時，兩段轉子上的矢量合成同步附加轉矩為從上式中可以看出當選擇合適的α，可以消除或者削弱某些諧波磁產生的同步附加轉矩。當β＝π/Z2時，由奇次轉子齒諧波磁場與對應的定子諧波磁場產生的同步附加轉矩被消除，偶數次轉子齒諧波磁場與對應的定子諧波磁場產生的同步附加轉矩被削弱。採用本實用新型的雙斜槽轉子製備的感應電動機，採用定、轉子等槽配合，在堵轉點消除了由奇次齒諧波磁場引起的同步附加轉矩同時削弱了偶次齒諧波磁場引起的同步附加轉矩。相比單斜槽感應電動機，雙斜槽轉子感應電動機採用定、轉子等槽配合可以起動，並且因為採用等槽配合，電機的附加損耗最小。定、轉子齒諧波磁場在轉子繞組中感生的電流最小，因而產生的異步附加轉矩也最小。需要說明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和範圍。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp