背景技術(shù)：
：6000rpm變頻高速濕式防爆電機(jī)用于煤礦透水搶險(xiǎn)，是國家科技支撐計(jì)劃課題支撐項(xiàng)目，功率為600kW，電壓6000V，立式電機(jī)，該電機(jī)為2極電機(jī)，轉(zhuǎn)速6000rpm,變頻起動(dòng)，6000rpm的濕式電機(jī)設(shè)計(jì)、制造目前國際還沒有過先例，合理選擇定、轉(zhuǎn)子槽配合及槽型對(duì)電機(jī)性能影響巨大，需要開發(fā)定、轉(zhuǎn)子槽配合及槽型，因此合理選擇定、轉(zhuǎn)子槽配合及槽型可抑制諧波，降低噪聲，提高起動(dòng)性能，獲得較高的效率及功率因數(shù)，對(duì)臨界轉(zhuǎn)速亦有影響，合適的槽型利于縮小電機(jī)直徑尺寸，便于水泵下井。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：本發(fā)明的目的是提供一種變頻高速濕式防爆電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子槽配合結(jié)構(gòu)：保證電機(jī)能夠滿足泵的起動(dòng)要求。本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種變頻高速濕式防爆電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子槽配合結(jié)構(gòu)，濕式電機(jī)屬于三相異步電動(dòng)機(jī)，為雙層短距同心式繞組，定子(1)由沖片(3)疊壓而成，轉(zhuǎn)子(2)為實(shí)心軸熱套軸環(huán)(4)結(jié)構(gòu)，定子槽型(5)為半閉口平行齒梯形槽，轉(zhuǎn)子槽型(6)為倒梨形閉口槽。

定子槽數(shù)為24，轉(zhuǎn)子槽數(shù)為34，電機(jī)的氣隙磁密為0.6T左右，定子(1)為斜槽結(jié)構(gòu)，即定子鐵芯第一個(gè)沖片的槽與最后一個(gè)沖片相應(yīng)的槽，軸線旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，將定子槽扭過一個(gè)定子齒距。

濕式電機(jī)為雙層短距同心式繞組，嵌線容易，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。一般q1(每極每項(xiàng)槽數(shù))＝4、6、8適用于二極電機(jī)，本發(fā)明q1＝4,定子槽數(shù)為24槽適用于同心雙層短距繞組，定子斜槽，斜一個(gè)定子齒距，轉(zhuǎn)子槽數(shù)應(yīng)與定子槽數(shù)配合確定，定子、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇應(yīng)使電機(jī)能正常起動(dòng)，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速平滑，起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無顯著振動(dòng)，電磁噪聲、雜散損耗小。

異步電動(dòng)機(jī)采用少槽、近槽配合，即轉(zhuǎn)子槽數(shù)接近且少于定子槽數(shù)，可減少齒諧波磁通在鐵心齒中產(chǎn)生的脈振損耗，因此對(duì)降低雜散損耗和溫升比較有利。但少槽、近槽配合容易產(chǎn)生電磁振動(dòng)和噪聲，也可能會(huì)產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩應(yīng)全面考慮。

定轉(zhuǎn)子槽配合與異步電機(jī)的噪聲有直接關(guān)系，電磁噪聲為噪聲源之一，電磁噪聲主要由高次諧波的力波振動(dòng)引起，即隨時(shí)間和空間而變化，在定子和轉(zhuǎn)子之間作用的力可以通過定子鐵心振動(dòng)而引起電磁噪聲；在氣隙的任意一點(diǎn)作用著一個(gè)徑向力，它在單位面積上的大小與氣隙的任意一點(diǎn)作用著一個(gè)徑向力，它在單位面積上的大小與氣隙磁密的平方成正比，因此選擇盡可能低的氣隙磁密對(duì)于電機(jī)降低電磁噪聲很有必要，本電機(jī)的氣隙磁密為0.6T左右。定子槽數(shù)為Z1，轉(zhuǎn)子槽數(shù)為Z2，電機(jī)極對(duì)數(shù)為p,對(duì)于低噪聲電機(jī)要滿足：│Z1、Z2│≠0、1、2，│Z1、Z2│≠2p、2p±1、2p±2；還需要使最強(qiáng)的定轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)分量的次數(shù)不要與一些大的氣隙磁導(dǎo)波分量的次數(shù)一致，│Z1、Z2│≠p，│Z1、Z2│≠p±1，│Z1、Z2│≠p±2；

本電機(jī)初步方案槽配合為24/28,24/34，但從磁密分布以及起動(dòng)性能和降低振動(dòng)及噪聲角度考慮，經(jīng)過計(jì)算對(duì)比，選擇了24/34。

很多普通交流鑄鋁轉(zhuǎn)子電機(jī)會(huì)采用斜槽，本電機(jī)因是轉(zhuǎn)子銅條焊接結(jié)構(gòu)不宜斜槽，將定子槽扭過一個(gè)定子齒距，采用斜槽的作用是：電機(jī)內(nèi)部有各種頻率的諧波，因定子采用分布短距繞組，所以除齒諧波之外的其它頻率的諧波磁勢(shì)幅值均被極大程度地削弱。由于齒諧波繞組系數(shù)等于基波繞組系數(shù)，所以齒諧波磁勢(shì)幾乎不受影響。因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子開槽，造成整個(gè)氣隙圓周范圍內(nèi)的磁阻不均勻，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相應(yīng)波動(dòng)。定子斜槽后，形成的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似于同一根導(dǎo)線均勻分布在一段圓周范圍內(nèi)的平均值，能有效地削弱齒諧波磁場所產(chǎn)生的諧波電動(dòng)勢(shì)，從而削弱由這些諧波磁場引起的附加轉(zhuǎn)矩，降低電磁振動(dòng)和噪聲。定子斜槽后雖然也會(huì)使定子感應(yīng)的基波電動(dòng)勢(shì)減少，但選擇的斜槽度為一個(gè)齒距相對(duì)于極距來說小很多，因而對(duì)電機(jī)基本性能影響很小，故采用定子斜槽。

定子沖片槽型采用半閉口平行齒梯形槽，可以減少鐵心表面損耗和齒內(nèi)脈振損耗，并使有效氣隙長度減小，功率因數(shù)得到改善。轉(zhuǎn)子采用閉口槽可以達(dá)到減少表面附加損耗的效果，同時(shí)閉口槽也有利于防止轉(zhuǎn)子銅條甩出，利于縮小電機(jī)直徑尺寸，便于水泵下井，普通的交流電機(jī)實(shí)心軸轉(zhuǎn)子槽型一般為開口槽，本電機(jī)因用于煤礦搶險(xiǎn)，要求直徑盡量小，經(jīng)計(jì)算，在要求的設(shè)計(jì)尺寸下，轉(zhuǎn)子開口槽的軛磁密偏高，不宜采用。本電機(jī)因是實(shí)心轉(zhuǎn)子故閉口槽不易加工，為解決這個(gè)問題，采用實(shí)心軸上套軸環(huán)，軸環(huán)熱套在軸上，軸環(huán)長度短便于加工，采用線切割。

本發(fā)明的定、轉(zhuǎn)子槽配合：24/34,定子槽型采用半閉口平行齒梯形槽,定子斜槽，轉(zhuǎn)子采用閉口槽，經(jīng)過有限元計(jì)算，在該槽配合及槽型下，電機(jī)在變頻電源下能夠正常起動(dòng)，滿載起動(dòng)15s內(nèi)逐步升高接近5200rpm,電機(jī)滿載運(yùn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為5959rpm,電機(jī)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。變頻起動(dòng)時(shí)沒有局部磁密過大的現(xiàn)象，較低的電磁噪聲和振動(dòng)，且起動(dòng)性能良好。

本發(fā)明工作原理

本發(fā)明是一種變頻高速濕式防爆電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子槽配合結(jié)構(gòu)，濕式電機(jī)屬于三相異步電動(dòng)機(jī)，為雙層短距同心式繞組，定子1由沖片3疊壓而成，轉(zhuǎn)子2為實(shí)心軸熱套軸環(huán)4結(jié)構(gòu)，定子槽型5為半閉口平行齒梯形槽，轉(zhuǎn)子槽型6為倒梨形閉口槽。

定子槽數(shù)為24，轉(zhuǎn)子槽數(shù)為34，電機(jī)的氣隙磁密為0.6T左右，定子1為斜槽結(jié)構(gòu)，即定子鐵芯第一個(gè)沖片的槽與最后一個(gè)沖片相應(yīng)的槽，軸線旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，將定子槽扭過一個(gè)定子齒距。

本發(fā)明保證電機(jī)能夠滿足泵的起動(dòng)要求。定子與轉(zhuǎn)子槽配合：24/34,定子槽型為半閉口平行齒梯形槽，圖3所示，轉(zhuǎn)子為倒梨形閉口槽，圖4所示，定子為斜槽。濕式電機(jī)為雙層短距同心式繞組，嵌線容易，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。一般q1(每極每項(xiàng)槽數(shù))＝4、6、8適用于二極電機(jī)，本發(fā)明q1＝4,定子槽數(shù)為24，適用于同心雙層短距繞組，定子采用分布短距雙層同心式繞組，所以除齒諧波之外的其它頻率的諧波磁勢(shì)幅值均被極大程度地削弱。由于齒諧波繞組系數(shù)等于基波繞組系數(shù)，所以齒諧波磁勢(shì)幾乎不受影響。因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子開槽，造成整個(gè)氣隙圓周范圍內(nèi)的磁阻不均勻，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相應(yīng)波動(dòng)，定子斜槽后，形成的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似于同一根導(dǎo)線均勻分布在一段圓周范圍內(nèi)的平均值，能有效地削弱齒諧波磁場所產(chǎn)生的諧波電動(dòng)勢(shì)，從而削弱由這些諧波磁場引起的附加轉(zhuǎn)矩，降低電磁振動(dòng)和噪聲。定子斜槽后雖然也會(huì)使定子感應(yīng)的基波電動(dòng)勢(shì)減少，但選擇的斜槽度為一個(gè)齒距相對(duì)于極距來說小很多，因而對(duì)電機(jī)基本性能影響很小，故采用定子斜槽。

定子沖片槽型采用半閉口平行齒梯形槽，可以減少鐵心表面損耗和齒內(nèi)脈振損耗，并使有效氣隙長度減小，功率因數(shù)得到改善。轉(zhuǎn)子采用閉口槽可以達(dá)到減少表面附加損耗的效果，同時(shí)閉口槽也有利于防止轉(zhuǎn)子銅條甩出，利于電機(jī)縮小尺寸，便于水泵下井。普通的交流電機(jī)實(shí)心軸轉(zhuǎn)子槽型一般為開口槽，本電機(jī)因用于煤礦搶險(xiǎn)，要求直徑盡量小，經(jīng)計(jì)算，在要求的設(shè)計(jì)尺寸下，轉(zhuǎn)子開口槽的軛磁密偏高，不宜采用。

轉(zhuǎn)子槽數(shù)應(yīng)與定子槽數(shù)配合確定，定、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇應(yīng)使電機(jī)能正常起動(dòng)，轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速平滑，起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無顯著振動(dòng)，電磁噪聲、雜散損耗小。

異步電動(dòng)機(jī)采用少槽、近槽配合，即轉(zhuǎn)子槽數(shù)接近且少于定子槽數(shù)，可減少齒諧波磁通在鐵心齒中產(chǎn)生的脈振損耗，因此對(duì)降低雜散損耗和溫升比較有利。但少槽、近槽配合容易產(chǎn)生電磁振動(dòng)和噪聲，也可能會(huì)產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩應(yīng)全面考慮。本電機(jī)初步方案槽配合為24/28,24/34但從磁密分布以及起動(dòng)性能和降低振動(dòng)及噪聲角度考慮，經(jīng)過計(jì)算對(duì)比，選擇了24/34。

本發(fā)明槽配合：24/34,經(jīng)過有限元計(jì)算，在該槽配合及槽型下，電機(jī)在變頻電源下能夠正常起動(dòng)，滿載起動(dòng)15s內(nèi)逐步升高接近5200rpm，電機(jī)滿載運(yùn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為5959rpm,電機(jī)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。變頻起動(dòng)時(shí)沒有局部磁密過大的現(xiàn)象，且起動(dòng)性能良好。

發(fā)明的技術(shù)效果：1)電機(jī)變頻起動(dòng)時(shí)，所設(shè)計(jì)的電機(jī)能完成起動(dòng)過程，2)電機(jī)沒有局部磁密過大現(xiàn)象。3)空載運(yùn)行時(shí)氣隙磁密0.615T，滿載時(shí)為0.585T，4)電機(jī)試驗(yàn)噪聲低，振動(dòng)為2.2m/s,5)電機(jī)溫升合格。

附圖說明：

圖1變頻高速濕式防爆電機(jī)結(jié)構(gòu)剖視圖

圖2定子、轉(zhuǎn)子槽配合結(jié)構(gòu)圖

圖3定子沖片槽型圖

圖4轉(zhuǎn)子槽型圖

具體實(shí)施方式：

如圖1所示，一種變頻高速濕式防爆電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子槽配合結(jié)構(gòu)，濕式電機(jī)屬于三相異步電機(jī)，采用雙層短距同心式繞組，如圖2所示，定子1為沖片3疊壓而成，轉(zhuǎn)子2為實(shí)心軸熱套軸環(huán)4結(jié)構(gòu)，定子槽型5為半閉口平行齒梯形槽，如圖3所示，轉(zhuǎn)子槽型6為倒梨形閉口槽。

定子槽數(shù)為24，轉(zhuǎn)子槽數(shù)為34，電機(jī)的氣隙磁密為0.6T左右，如圖4所示，定子1為斜槽結(jié)構(gòu)，即定子鐵芯第一個(gè)沖片的槽與最后一個(gè)沖片相應(yīng)的槽，軸線旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，將定子槽扭過一個(gè)定子齒距。電機(jī)的槽配合為24/34，定子沖片槽型如圖3所示,定子沖片槽型為半閉口平行齒梯形槽，槽的底部比頂部寬，使齒壁基本上平行，電機(jī)繞組是同心式，非成型線圈。采用半閉口槽可以減少鐵心表面損耗和齒內(nèi)脈振損耗，并使有效氣隙長度減小，功率因數(shù)得到改善。如圖4所示轉(zhuǎn)子槽型為閉口槽，其優(yōu)點(diǎn)是減小電機(jī)的附加損耗，利于電機(jī)縮小尺寸，便于水泵下井，普通的交流電機(jī)實(shí)心軸轉(zhuǎn)子槽型一般為開口槽，本電機(jī)因用于煤礦搶險(xiǎn)，要求直徑盡量小，經(jīng)計(jì)算，在要求的設(shè)計(jì)尺寸下，轉(zhuǎn)子開口槽的軛磁密偏高，不宜采用，同時(shí)因電機(jī)的轉(zhuǎn)速高，閉口槽型更利于防止銅條甩出。

轉(zhuǎn)子槽數(shù)應(yīng)與定子槽數(shù)配合確定，定、轉(zhuǎn)子槽配合的選擇應(yīng)使電機(jī)能正常起動(dòng)，轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速平滑，起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無顯著振動(dòng)，電磁噪聲、雜散損耗小。

異步電動(dòng)機(jī)采用少槽－近槽配合，即轉(zhuǎn)子槽數(shù)接近且少于定子槽數(shù)，可減少齒諧波磁通在鐵芯齒中產(chǎn)生的脈振損耗，因此對(duì)降低雜散損耗和溫升比較有利。但少槽－近槽配合容易產(chǎn)生電磁振動(dòng)和噪聲，也可能會(huì)產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩應(yīng)全面考慮。本電機(jī)初步方案槽配合為24/28,24/34，但從磁密分布以及起動(dòng)性能和降低振動(dòng)及噪聲角度考慮，經(jīng)過計(jì)算對(duì)比，選擇了24/34。

24/34槽配合，按照西安交通大學(xué)電機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)生不良后果的槽配合進(jìn)行考慮均不在范圍內(nèi)，并用有限元進(jìn)行了計(jì)算，電機(jī)在變頻電源下能夠?qū)崿F(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，降低了振動(dòng)及噪聲，按照槽型尺寸計(jì)算，電機(jī)沒有局部磁密過高現(xiàn)象。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，電機(jī)能夠平穩(wěn)起動(dòng)，噪聲低、振動(dòng)值為2.2m/s，電機(jī)性能、電機(jī)溫升合格。

本發(fā)明為一種變頻高速濕式防爆電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子槽配合結(jié)構(gòu)，槽配合為24/34,定子沖片槽型為半閉口平行齒梯形槽，轉(zhuǎn)子為倒梨形閉口槽，在變頻電源起動(dòng)下，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了恒轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)起動(dòng)，噪聲低、振動(dòng)小，電機(jī)性能及溫升合格，電機(jī)達(dá)到使用要求。