一种径向斜槽转子异步电机的偏斜转子槽形及其应用的转子和电机

1.本发明涉及电机设计技术领域，尤其涉及一种径向斜槽转子异步电机的偏斜转子槽形及其应用的转子和电机。


背景技术：

2.目前笼型感应电机主要由定子和转子两部分组成，转子槽形通常为轴对称槽形，转子槽形的槽身中心线经过转子冲片圆心。
3.现有的中小型感应电机转子多为轴向斜槽转子，通过削弱气隙谐波磁场来改善电机性能。但是，轴向斜槽转子会引起轴向电磁力、产生横向电流损耗和增加斜槽漏抗等缺点。为了避免转子轴向斜槽引起的缺点，电机可采用专利(申请号cn202110351666.1的“一种径向斜槽转子及其应用电机”)中的径向斜槽转子结构，有助于提高电机效率和功率因数等。径向斜槽转子的技术特征在于，转子冲片上的转子槽中心线沿转子冲片径向扭转一定角度形成倾斜转槽，扭转角度定义为槽倾角。但是，径向斜槽转子设计中存在以下两个问题：
4.一、不同类型转子槽形沿径向偏斜的方式不够明确；
5.二、径向斜槽转子电机正转与反转时的电机性能存在差异。径向斜槽转子的优化方案仅适用于电机某一个旋转方向，改变电机旋转方向后，电机的性能存在下滑。


技术实现要素：

6.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种径向斜槽转子异步电机的偏斜转子槽形及其应用的转子和电机。
7.本发明提出的一种径向斜槽转子异步电机的偏斜转子槽形，包括槽头和槽身，其中：
8.所述槽头和所述槽身连通；
9.所述槽头的中心线沿转子径向；
10.所述槽身的中心线为直线，所述槽身的中心线与所述槽头的中心线相交，且所述槽身的中心线和所述槽头的中心线的交点在所述槽身和所述槽头的分隔面上，所述槽身的中心线沿与所述槽头的中心线的夹角为锐角，在本技术中槽身的中心先与槽头的中心线的夹角为槽倾角；需要说明的是该槽倾角的定义与cn202110351666.1的“一种径向斜槽转子及其应用电机”中槽倾角的定义一致，本技术中的槽身的中心线即申请号为cn202110351666.1的专利中提到的“倾斜槽的中心线”本技术中槽头的中心线即申请号为cn202110351666.1的专利中提到的“倾斜槽中心线距离转子中心最远点与转子中心点连线”。
11.本说明书所指的完全偏斜转子槽形为槽头和槽身全部径向倾斜的槽形，即申请号为cn202110351666.1的专利所公开的槽形。
12.优选的，所述槽头包括槽口和槽肩，所述槽口和所述槽肩连通，所述槽肩与所述槽身连通。
13.优选的，所述槽口宽度小于所述槽肩的宽度。
14.优选的，所述槽肩的宽度从靠近所述槽口的一端向远离所述槽口的一端逐渐变宽。
15.优选的，所述槽身的宽度大于所述槽口的宽度。
16.优选的，所述槽肩包括第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面为平面，所述第一侧面和所述第二侧面将所述槽口和所述槽身连接。
17.优选的，所述槽身的宽度从靠近所述槽头的一侧向远离所述槽头的一侧逐渐变小。
18.优选的，所述槽头远离所述槽身的一侧延伸至所述转子外壁，即该转子槽形为开口槽。
19.一种径向斜槽转子异步电机的转子，所述转子上开有径向斜槽，所述径向斜槽的槽形为上面所述偏斜转子槽形，该转子为多个转子冲片直接叠压制成，每个转子冲片上均开有多个偏斜转子槽形且多个转子偏斜槽形沿所述转子冲片的周向分布，在叠压转子冲片的过程中，任意相邻的两个转子冲片的偏斜转子槽形相对进而制造出径向偏斜槽转子。
20.一种径向斜槽转子异步电机，包括转子，所述转子上开有径向斜槽，所述径向斜槽的槽形为上面所述偏斜转子槽形。
21.本发明中，所提出的一种径向斜槽转子异步电机的偏斜转子槽形及其应用的转子和电机具有如下有益效果：
22.1、在相同槽倾角设计时，相较于完全偏斜转子槽形，本发明中的槽身偏斜槽形可减小电机正转和反转时的性能差异，例如电机输出转矩和功率因数。
23.2、在相同槽倾角设计时，相较于完全偏斜转子槽形，本发明中的槽身偏斜槽可以减小转子齿部的饱和程度，降低饱和谐波磁场引起的附加损耗。
24.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.图1是本发明提出的一种槽身偏斜转子槽形；
26.图2是本发明中实施例的常规转子槽形；
27.图3是本发明中实施例的完全偏斜转子槽形；
28.图4是本发明中实施例的完全偏斜转子槽形电机截面的示意图；
29.图5是本发明中实施例的槽身偏斜转子槽形电机截面的示意图；
30.图6是本发明实施例中电机模型转速为1415rpm时，不同槽倾角下完全偏斜与槽身偏斜转子槽形电机正反转时的平均槽漏抗值；
31.图7是本发明实施例中电机模型转速为1415rpm时，不同槽倾角下完全偏斜转子槽形电机正反转时的平均输出转矩和转矩差值比；
32.图8是本发明实施例中电机模型转速为1415rpm时，不同槽倾角下槽身偏斜转子槽形电机正反转时的平均输出转矩和转矩差值比；
33.图9是本发明实施例中电机模型转速为1415rpm时，不同槽倾角下完全偏斜转子槽形电机正反转时的功率因数和功率因数差值比；
34.图10是本发明实施例中电机模型转速为1415rpm时，不同槽倾角下槽身偏斜转子槽形电机正反转时的功率因数和功率因数差值比。
35.图中：1-槽头；10-槽口；11-槽肩；110-第一侧面；111-第二侧面；2-槽身；3-定子；4-转子。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
37.需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.如图5所示的一种电机，包括定子3和转子4，定子3包覆在转子4外，转子4为多个转子冲片直接叠压制成，每个转子冲片上均开有多个偏斜转子槽形且多个转子4偏斜槽形沿所述转子冲片的周向分布，将多个转子冲片叠压制成转子4，任意相邻的两个转子冲片的偏斜转子槽形相对；
42.具体的，如图1所示，偏斜转子槽形包括槽头1和槽身2，其中：所述槽头1和所述槽身2连通；所述槽头1的中心线沿转子4径向；所述槽身2的中心线与所述槽头1的中心线相交，且所述槽身2的中心线和所述槽头1的中心线的交点在所述槽身2和所述槽头1的分隔面上，所述槽身2的中心线沿与所述槽头1的中心线的夹角为锐角，即图1中α1，所述槽头1包括槽口10和槽肩11，所述槽口10和所述槽肩11连通，所述槽肩11与所述槽身2连通，所述槽口
10宽度小于所述槽肩11的宽度，所述槽肩11的宽度从靠近所述槽口10的一端向远离所述槽口10的一端逐渐变宽，所述槽身2的宽度大于所述槽口10的宽度，所述槽肩11包括第一侧面110和第二侧面111，所述第一侧面110和所述第二侧面111为平面，所述第一侧面110和所述第二侧面111将所述槽口10和所述槽身2连接，所述槽身2的宽度从靠近所述槽头1的一侧向远离所述槽头1的一侧逐渐变小，所述槽头1远离所述槽身2的一侧延伸至所述转子4外壁，即该转子槽形为开口槽。
43.如图2所示，常规感应电机转子4采用如图2所示的对称槽形，槽口10、槽肩11和槽身2区域的中心线共线，并且该槽形中心线通过转子冲片的圆心。已有文献所提出的径向斜槽转子4设计方案，采用如图3所示的完全偏斜转子槽形，整个槽形沿着原常规槽形中心线，即转子冲片的半径线，旋转一定的槽倾角。旋转点位于槽口10外侧或内侧边缘线的中心位置处。
44.本发明中偏斜转子槽形如图1所示，相较于常规对称槽形，槽口10与槽肩11区域组成的槽头1部分不变，而槽身2区域沿着原常规槽形中心线旋转一定的槽倾角，旋转点位于槽肩11和槽身2的分隔面与原中心线的交点处。
45.建立如图1、图3所示转子槽形的电机模型，具体模型如图5和图4所示，转子槽形的槽倾角为0.6～1.6倍的转子4的齿距角，任意相邻的两个偏斜转子槽形间隔为0.2倍的转子4的齿距角，共计两组12个电机模型。
46.各台电机模型除转子槽形外，其他参数完全相同，电机模型的主要参数：定子3外径135mm，定子3内径86mm，转子4内径30mm，气隙长度0.25mm，电机轴向长度125mm，极对数为2，额定功率1.5kw，额定电压380v，额定频率50hz。
47.利用电机静磁场仿真，如图6所示，当电机运行在额定转速1415rpm时，不同槽倾角下完全偏斜与槽身2偏斜转子槽形电机正反转时的平均槽漏抗值结果。随着槽倾角的增加，完全偏斜转子槽形电机正反转时的槽漏抗差值逐渐增加，以槽倾角为1.4倍转子4的齿距角为例，电机反转时槽漏抗较正转时降低4.3％。但是，槽身2偏斜转子槽形电机正反转时的槽漏抗值较为接近，在槽倾角为1.4倍转子4的齿距角时，电机反转时槽漏抗较正转时降低0.07％，近似可忽略不计。
48.利用电机瞬态场仿真，如图7和图8所示，当电机运行在额定转速1415rpm时，不同槽倾角下完全偏斜与槽身2偏斜转子槽形电机正反转时的输出转矩结果。当转子4采用完全偏斜槽形时，电机正反转时的转矩差值比呈现先将小后增加的趋势，最小值为0.14％；当转子4采用槽身2偏斜槽形，电机正反转时的转矩差值比随着偏斜距离的增加而增加，最大值仅为0.15％。
49.如图9和图10所示，当电机运行在额定转速1415rpm时，不同槽倾角下完全偏斜与槽身2偏斜转子槽形电机正反转时的功率因数结果。当转子4采用完全偏斜槽形时，电机正反转时的功率因数差值比随着偏斜距离的增加而增加，由0.8％增加至1.91％；。当转子4采用槽身2偏斜槽形，电机正反转时的功率因数差值较为接近，其功率因数差值比的最大值仅为0.4％。
50.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。