一種小型電機定子扣片槽開口形式設計優化

吳成龍+張泱泱+姜雨楠

摘 要 將定子扣片槽對電機電磁性能（磁路，功率因素）及散熱情況的影響進行了系統分析。以 Y2-802-2電機磁場作為特定對象，改進扣片槽開口方案，對電機定子鐵芯的磁場分布情況進行了改善，提高了電機內部定子鐵芯鐵磁材料的利用率，采用 Ansoft Maxwell 軟件進行有限元仿真分析，對比仿真結果，得出最終改進方案。

關鍵詞 扣片槽 功率因數 磁場 散熱

中圖分類號：TM303.3 文獻標識碼：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

電機繞組產生的熱量主要依靠鐵芯與機座接觸傳導散發。由于鐵芯外圓設計了扣片槽， 減少了鐵芯與機座的接觸面積，導致其溫升較沒有扣片槽的電機有一定程度增加。有關經驗統計分析認為封閉式電機繞組溫升可用近似的關系式表示：

上式表明，繞組溫升與鐵芯和機座的接觸面成反比。

1 電機 RMxprt 仿真分析

選擇Y2-802-2 型電機，設計參數如下（表1）：

以表1參數為基礎，建立電機的 RMxprt 仿真模型（圖1）：

仿真結果如下：

如上，仿真模型輸出功率為 1.09993kW，機械轉矩為3.74655N.m，效率為 75.256%，功率因數為 0.80837，轉速為 2803.54rpm，電流為 2.70573A，與設計值相近。

2 Y2-802-2電機有限元仿真分析

以前面仿真的 RMxprt 模型為基礎，將模型導入 Ansoft Maxwell 有限元仿真中。

2.1 電機開扣片槽后的有限元仿真分析

根據扣片槽設計尺寸，建立如下模型（圖2）：

給定轉速 2803.54rpm，得到電磁曲線如下（圖3）：

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

最后計算磁力線和磁密分布如（圖5）所示：

可以看出：可以看出，電機中大部分磁密值在 1.5T 左右，定子槽與扣片槽對應時，兩槽之間區域的磁場被加強。

2.2 優化定子磁場分布

扣片槽與定子槽對應的區域里，磁密幅度增加，飽和程度增大，就需要更大的勵磁電流來建立磁場。因此對電機磁場分布情況進行優化，就能減少無功電流，減少無功功率，使功率因數增加（圖6）。

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

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

由三相繞組電流隨時間變化曲線可得，電機在該轉速下穩定運行時，繞組電流有效值約為 2.976780A。同樣得到該轉速下最后時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應開扣片槽的方式相比，明顯看出對電機磁場分布進行了優化和改善。盡管扣片槽與相鄰定子槽之間的磁場仍然被加強，但明顯小于開槽的情況。而且部分區域（如扣片槽與相鄰定子槽之間的區域）的磁密得到加強，提高到了 1.52T～1.65T 之間，提高了鐵芯的利用率。

3 結論

取扣片槽口與定子槽口不對應的扣片開槽形式，改進后與改進前的設計沖片圖對無功功率影響的結果對比如下（圖10）：

從對比圖表中可以看出，改進后電機三相繞組相電流減少了 0.03592A，約為原設計的 1.192%；無功功率減少了 0.02364kW，約為原設計的 7.948%；功率因數提高了 1%。在改善磁場分布的同時，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，提高功率因數的效果。

基于以上分析論證，在現有的工藝基礎上，從電場、磁場方面對小型電機的定子扣片槽的優化設計為采取扣片槽口與定子槽口不對應的扣片形式，對電機定子鐵芯的磁場分布情況進行了改善，提高了電機內部定子鐵芯鐵磁材料的利用率。

參考文獻

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