一種小型電機(jī)定子扣片槽開口形式設(shè)計(jì)優(yōu)化

吳成龍+張泱泱+姜雨楠

摘 要 將定子扣片槽對(duì)電機(jī)電磁性能（磁路，功率因素）及散熱情況的影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析。以 Y2-802-2電機(jī)磁場作為特定對(duì)象，改進(jìn)扣片槽開口方案，對(duì)電機(jī)定子鐵芯的磁場分布情況進(jìn)行了改善，提高了電機(jī)內(nèi)部定子鐵芯鐵磁材料的利用率，采用 Ansoft Maxwell 軟件進(jìn)行有限元仿真分析，對(duì)比仿真結(jié)果，得出最終改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞 扣片槽 功率因數(shù) 磁場 散熱

中圖分類號(hào)：TM303.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.11.022

Abstract The influence of stator slot on the electromagnetic performance （magnetic circuit， power factor） and heat dissipation of the motor is analyzed. The finite element simulation analysis and comparison of the magnetic field of the specific object Y2-802-2 motor magnetic field is carried out by using Maxwell Ansoft software. The opening scheme of the button slot is improved， and the simulation results are compared， and the final improvement scheme is obtained.

Keywords Buckle slot； Power factor； Magnetic field； dissipate heat

0 前言

電機(jī)繞組產(chǎn)生的熱量主要依靠鐵芯與機(jī)座接觸傳導(dǎo)散發(fā)。由于鐵芯外圓設(shè)計(jì)了扣片槽， 減少了鐵芯與機(jī)座的接觸面積，導(dǎo)致其溫升較沒有扣片槽的電機(jī)有一定程度增加。有關(guān)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)為封閉式電機(jī)繞組溫升可用近似的關(guān)系式表示：

上式表明，繞組溫升與鐵芯和機(jī)座的接觸面成反比。

1 電機(jī) RMxprt 仿真分析

選擇Y2-802-2 型電機(jī)，設(shè)計(jì)參數(shù)如下（表1）：

以表1參數(shù)為基礎(chǔ)，建立電機(jī)的 RMxprt 仿真模型（圖1）：

仿真結(jié)果如下：

如上，仿真模型輸出功率為 1.09993kW，機(jī)械轉(zhuǎn)矩為3.74655N.m，效率為 75.256%，功率因數(shù)為 0.80837，轉(zhuǎn)速為 2803.54rpm，電流為 2.70573A，與設(shè)計(jì)值相近。

2 Y2-802-2電機(jī)有限元仿真分析

以前面仿真的 RMxprt 模型為基礎(chǔ)，將模型導(dǎo)入 Ansoft Maxwell 有限元仿真中。

2.1 電機(jī)開扣片槽后的有限元仿真分析

根據(jù)扣片槽設(shè)計(jì)尺寸，建立如下模型（圖2）：

給定轉(zhuǎn)速 2803.54rpm，得到電磁曲線如下（圖3）：

觀察電磁轉(zhuǎn)矩曲線，其穩(wěn)定后電磁轉(zhuǎn)矩值大小約 4.2878N.m。得到繞組相電流如圖4，其穩(wěn)定后電流值約為 3.01270A。

最后計(jì)算磁力線和磁密分布如（圖5）所示：

可以看出：可以看出，電機(jī)中大部分磁密值在 1.5T 左右，定子槽與扣片槽對(duì)應(yīng)時(shí)，兩槽之間區(qū)域的磁場被加強(qiáng)。

2.2 優(yōu)化定子磁場分布

扣片槽與定子槽對(duì)應(yīng)的區(qū)域里，磁密幅度增加，飽和程度增大，就需要更大的勵(lì)磁電流來建立磁場。因此對(duì)電機(jī)磁場分布情況進(jìn)行優(yōu)化，就能減少無功電流，減少無功功率，使功率因數(shù)增加（圖6）。

由于這種仿真后磁密分布情況（即扣片槽與對(duì)應(yīng)定子槽之間磁密增強(qiáng)）的出現(xiàn)，相應(yīng)改進(jìn)方式為將扣片槽開在定子槽之間（圖7）。

觀察電磁轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化曲線，得該轉(zhuǎn)速下的電磁轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定值約為4.2911N.m（圖8）。

由三相繞組電流隨時(shí)間變化曲線可得，電機(jī)在該轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，繞組電流有效值約為 2.976780A。同樣得到該轉(zhuǎn)速下最后時(shí)刻的磁力線和磁密分布如圖（圖9）。將此圖與前面仿真的與定子槽對(duì)應(yīng)開扣片槽的方式相比，明顯看出對(duì)電機(jī)磁場分布進(jìn)行了優(yōu)化和改善。盡管扣片槽與相鄰定子槽之間的磁場仍然被加強(qiáng)，但明顯小于開槽的情況。而且部分區(qū)域（如扣片槽與相鄰定子槽之間的區(qū)域）的磁密得到加強(qiáng)，提高到了 1.52T～1.65T 之間，提高了鐵芯的利用率。

3 結(jié)論

取扣片槽口與定子槽口不對(duì)應(yīng)的扣片開槽形式，改進(jìn)后與改進(jìn)前的設(shè)計(jì)沖片圖對(duì)無功功率影響的結(jié)果對(duì)比如下（圖10）：

從對(duì)比圖表中可以看出，改進(jìn)后電機(jī)三相繞組相電流減少了 0.03592A，約為原設(shè)計(jì)的 1.192%；無功功率減少了 0.02364kW，約為原設(shè)計(jì)的 7.948%；功率因數(shù)提高了 1%。在改善磁場分布的同時(shí)，相比于以往采用的扣片開槽形式，可以起到降低無功電流和無功功率，提高功率因數(shù)的效果。

基于以上分析論證，在現(xiàn)有的工藝基礎(chǔ)上，從電場、磁場方面對(duì)小型電機(jī)的定子扣片槽的優(yōu)化設(shè)計(jì)為采取扣片槽口與定子槽口不對(duì)應(yīng)的扣片形式，對(duì)電機(jī)定子鐵芯的磁場分布情況進(jìn)行了改善，提高了電機(jī)內(nèi)部定子鐵芯鐵磁材料的利用率。

參考文獻(xiàn)

[1] 張建軍.淺談如何提高功率因數(shù)和減少無功功率[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)報(bào)，2005.15（10）：271-275.

[2] 李積繼，李建生，劉靖華.定子鐵芯扣片槽參數(shù)分析[J].佳木斯防爆電機(jī)研究所，1996.89（4）：6-12.

[3] 趙錚，劉慧娟，張千.徑向疊片磁阻轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)的電磁場及溫度場分析[J].微電機(jī)，2011.44（3）：13-16.