CN1084538C - 感应电动机的转子 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种感应电动机的转子，能够减轻感应电动机的磁动势损失而使电动机的起动效率增大，能够使转子的重量减轻而减小空载转矩和转动惯量，大大降低了制造成本。由转子和定子组成并产生动力的感应电动机中的转子，在转子铁心中，以在转子铁心的中央部分设置的轴***孔为中心，形成有由铁心支架分隔的多个空间。

Description

感应电动机的转子
本发明涉及一种感应电动机的转子，特别是涉及能够减少由转子铁心所产生的磁动势以提高感应电动机的起动效率、减小转子的重量以谋求降低转子的制造成本的感应电动机。
在现有技术中，这种感应电动机的转子是把由硅钢片组成的多个转子铁心叠装而成，通过把转子置于由定子的一次绕组所产生的磁场内，则由上述定子的一次绕组所产生的磁场就会对成为二次导体的转子产生影响，由于上述转子铁心为圆片状，则在转子铁心的全体中形成磁通。
如图14A所示的那样，现有的实施例1中的感应电动机的转子1a，在由多个叠装的转子铁心2a的中央贯通设置有***未图示的电动机轴的轴***孔3a，在该轴***孔3a的外侧设置着用于空气流过的多个通孔6a。
如图14B所示的那样，现有的实施例2中的感应电动机的转子1b，在由多个叠装的转子铁心2b的中央贯通设置有***未图示的电动机轴的轴***孔3b，在该轴***孔3b的外侧设置着用于空气流过的多个通孔6b，另一方面，在上述转子铁心2b的通孔6b的外侧设有用于自动叠装转子铁心2b的自动叠装槽8。
可是，在根据现有实施例1、2的感应电动机的转子1a、1b中，磁通分布在转子铁心2a、2b的整个圆片中，由此，磁通的路径中的一部分的磁路变长，这样的磁路的数量增加时，则磁阻也会增加。
如上所述，随着磁阻的增加，转子的磁动势的损失变大，则存在由该磁动势的损失而导致电动机的起动效率降低的问题。
特别地，由于转子的重量较大，则空载转矩和转动惯量变大，而存在制造成本上升的问题。
本发明正是为了解决上述各种问题而提出的，本发明的目的是提供一种感应电动机的转子，它能减轻感应电动机的磁动势损失而提高电动机的起动效率。
本发明的另一个目的是提供一种感应电动机的转子，由于减轻了转子的重量而明显地减小了空载转矩和转动惯量，并能够明显地降低制造成本。
为了实现上述目的，本发明提供一种由转子和定子组成的产生动力的感应电动机中的转子，为了使在上述转子的转子铁心中磁通的通过距离变短，而形成有以轴***孔为中心由铁心支架分隔的多个空间。
再者，为了提供足够的上述转子铁心的冷却，在上述空间的隔板中设置通孔，或在空间中填满非铁金属。
根据本发明的感应电动机的转子，能够减少感应电动机的磁动势损失而使电动机的起动效率增大，能够减轻转子的重量而减小空载转矩和转动惯量，由于转子铁心材料的节减而大大降低了制造成本，因此具有大幅度提高机器的效率和可靠性的优良效果。
附图的简要说明如下：
图1是感应电动机的部分截面图；
图2是本发明的实施例1的转子的透视图；
图3A、3B是本发明的实施例1的转子的侧面图和部分截面图；
图4A、4B是本发明的实施例2的转子的侧面图和部分截面图；
图5是本发明的实施例3的转子的侧面图；
图6A、6B是本发明的实施例4的转子的侧面图和部分截面图；
图7A、7B是本发明的实施例5的转子的侧面图和部分截面图；
图8A、8B是本发明的实施例6的转子的侧面图和部分截面图；
图9A、9B是本发明的实施例7的转子的侧面图和部分截面图；
图10A、10B是本发明的实施例8的转子的侧面图和部分截面图；
图11A、11B是本发明的实施例9的转子的侧面图和部分截面图；
图12A、12B是本发明的实施例10的转子的侧面图和部分截面图；
图13A是图3所示转子的磁路图；
图13B是图5所示转子的磁路图；
图14A是现有的实施例1的转子的磁路图；
图14B是现有的实施例2的转子的磁路图。
下面结合附图来详细说明本发明的实施例。
图2是本发明的实施例1的转子的透视图，图3A是本发明的实施例1的转子的侧面图，图3B是本发明的实施例1的转子的部分截面图。
如图2、3所示的本发明的实施例1的转子10，在转子铁心12的中央贯穿设置有联结电动机轴11的轴***孔13，以该轴***孔13为中心，放射状地设有多个铁心支架14，在该铁心支架14之间形成空间15。
上述铁心支架14分别相同地设在转子铁心12的两侧，空间15也对称地设在相同位置上，该两侧的空间15由隔片18填塞。
图4A是本发明的实施例2的转子的侧面图，图4B是本发明的实施例2的转子的部分截面图，本发明的实施例2的转子20，在转子铁心22的中央贯穿设置着联结未图示的电动机轴的轴***孔23，以该轴***孔23为中心，放射状地设有多个铁心支架，在该铁心支架24之间形成空间25。
上述铁心支架24分别相同地设在转子铁心22的两侧，空间25也对称地设在相同位置上，该两侧的空间25由隔片28填塞，在每个上述隔片28中设有一个通孔27，该通孔27穿过分别相同地设在转子铁心22两侧的空间25，空气可通过上述通孔27流通。
再者，如图5所示，本发明的实施例3的转子30，在分割设在转子铁心32两侧的空间35的隔片38中设有两个通孔37。
图6A是本发明的实施例4的转子的侧面图，图6B是本发明的实施例4的转子的部分截面图，本发明的实施例4的转子40，在转子铁心42的中央贯穿设置着联结未图示的电动机轴的轴***孔43，以该轴***孔43为中心放射状地设有多个铁心支架14，在该铁心支架44之间所形成的空间中填满着铝等非铁金属49，能防止磁动势的损失，同时提高转子铁心42的冷却效果。
图7A是本发明的实施例5的转子的侧面图，图7B是本发明的实施例5的转子的部分截面图，本发明的转子50，在转子铁心52的中央贯穿设置着联结未图示的电动机轴的轴***孔53，以该轴***孔53为中心，放射状地设有多个铁心支架54，在该铁心支架54之间所形成的空间中填满铝等非铁金属59。另一方面，设有穿过上述非铁金属59的通孔57，能进一步提高转子铁心52的冷却效果。
图8A是本发明的实施例6的转子的侧面图，图8B是本发明的实施例6的转子的部分截面图，本发明的实施例6的转子60，在转子铁心62的中央贯穿设置着联结电动机轴的轴***孔63，以该轴***孔63为中心，放射状地设有多个铁心支架64，该铁心支架64将空间分隔成4个区域，在该空间中填满铝等非铁金属69。
图9A是本发明的实施例7的转子的侧面图，图9B是本发明的实施例7的转子的部分截面图，本发明的实施例7的转子70，在转子铁心72的中央贯穿设置着联结电动机轴的轴***孔73，以该轴***孔73为中心，设有把空间分隔成4个区域的铁心支架74，在该空间中填满铝等非铁金属79，同时在转子铁心72的两侧安装有端环71。
图10A是本发明的实施例8的转子的侧面图，图10B是本发明的实施例8的转子的部分截面图，本发明的实施例8的转子80，在转子铁心82的中央贯穿设置着联结电动机轴的轴***孔83，以该轴***孔83为中心，设有把空间分隔成4个区域的铁心支架84，在该空间中填满铝等非铁金属89，另一方面，在转子铁心72的两侧安装着端环81，并设有穿过上述非铁金属89的通孔87。
图11A是本发明的实施例9的转子的侧面图，图11B是本发明的实施例9的转子的部分截面图，本发明的实施例9的转子90，在转子铁心92的中央贯穿设置着联结电动机轴的轴***孔93，以该轴***孔93为中心，放射状地设有多个铁心支架94，在该铁心支架94之间形成贯通部95。
图12A是本发明的实施例10的转子的侧面图，图12B是本发明的实施例10的转子的部分截面图，本发明的实施例10的转子100，在转子铁心102的中央贯穿设置着联结电动机轴的轴***孔103，以该轴***孔103为中心，放射状地形成多个铁心支架104，在该铁心支架104之间形成贯通部105。
在上述贯通部105中填满非铁金属109，并设有穿过上述非铁金属109的通孔107。
下面参照图13来详细说明具有上述结构的本发明的工作状态。
如图13A所示，以在感应电动机中的转子10的转子铁心12的中央形成的轴***孔13为中心，放射状地设有铁心支架14，由该铁心支架14分隔形成多个空间15，由此，缩短了由虚线所示的磁通通过的距离，减轻了磁动势的损失，因而能够提高电动机的起动效率。
由上述空间15而大大减轻了转子10的重量，在能大大减小空载转矩和转动惯量的同时，能够谋求制造成本的降低。
如图13B所示的那样，在转子30的转子铁心32中所形成的空间35的隔片38中，设有多个使空气流通的通孔37，并***由非铁金属9例如铝材料组成的散热材料，因此，能吸收由上述转子铁心32所产生的热量而进行有效的散热。
下面，利用下式对本发明进行更详细的说明。
在转子30的转子铁心32中通过磁通时，会在转子铁心32中产生由磁阻引起的磁动势的损失，因此，通过减少磁阻就能减小磁动势损失，而提高电动机的效率。
并且，由于提高了电动机的效率，使磁场强度和感应系数增加。
下面列出了求解如上所述的与电动机效率相关的因素即磁阻、磁场强度、感应系数的公式：
1.求解磁阻R的公式为如下所示： R = 0 μ 0 μ r A - - - - ( 1 )
其中，μ0是真空和空气的磁导率，μr是铁板材料的非磁导率，1是磁路的长度，A是磁路截面积。
如上所示，由于磁阻与磁路的长度成正比，为了减少磁阻就应减小磁路的长度。
2.求解铁板中的磁场强度H的公式为如下所示： H = 0.4947 NI 1 ( Oersted ) - - - - ( 2 )
其中N是绕组匝数，I是施加电流强度，l是磁路的长度。
如上所示，由于磁场强度与磁路的长度成反比，为了增加磁场强度，就应当缩短磁路的长度。
3.求解磁场的感应系数的公式为如下所示： L = 3.192 × 10 - 8 μ 0 μ r N 2 A 0 K 0 1 ( Henry ) - - - - ( 3 )
其中，μ0是真空和空气的磁导率，μr是铁板材料的非磁导率，N是绕组匝数，A0是磁路截面积，K0是铁板的层叠密度数，l是磁路的长度。
如上所示，由于感应系数与磁路的长度成反比，为了增加感应系数的强度，就应当缩短磁路的长度。
即，正如上述公式1、2所示，在同一种材料的转子中，为了减小磁阻、增加磁场强度和感应系数，应当缩短磁路的长度。
另一方面，如图13A、13B所示，本发明的转子10、30，通过在转子铁心12、32中形成空间15、35，就能使其磁路的长度短于图14A、14B所示的现有的转子1a、1b的磁路的长度。
此时，应当注意的是，在形成空间15、35时，应同时考虑磁路的截面积。
即，可由公式1得知的那样，由于磁阻R与磁路的截面积A有关，就应当选择磁路的截面积以使磁密度为适当值。
即，求解同一磁路中的铁损Wi的公式为如下所示：
Wi＝kh·Bm1.6·f+ke·Bm2·f2…………(4)
其中kh为磁滞常数，ke为涡流常数，f为频率。
此时，上述Wi应为不使磁通密度上升到必要值以上的值。
因此，不言而喻，在转子铁心的截面形状中，从槽的下段截面至铁心的内径的距离必须大于定子轭(yoke)的齿宽，在该部分中的磁通密度的计算值不应超过硅钢片材料的B-H曲线的监界曲面即非磁导率值为最小的点。
更准确地说，应把磁路的截面积保持在使由上述公式4计算的铁损值不大于现在情况的程序上。
如果在形成于转子铁心的空间中填满铝，与在保持空间时相比，由于进一步提高吸收由转子铁心产生的热量的散热效果，因此能提高电动机的效率。
利用本发明制造的感应电动机的实验结果如下列表1所示。
获得该表1中实验结果的本发明，是装有在如图7A所示的结构中贯穿设置着6个通孔的转子的60Hz、220V的单相感应电动机，外径为107mm，叠装高度为55mm，极数为4极，输入功率为516W，铝材部分的半径为17.67mm，通孔的直径为5.88mm。
现有技术使用装有如图14所示结构的转子的单相感应电动机，其他各部分与本发明的感应电动机相同，但是，转子中为空间，未形成有通孔。
[表1]
负  载                现有技术               本发明    效果
   RPM  电流(Am)     效率    RPM  电流(Am)    效率
   0.0    1712    120     -    1753   1.10     -    10.0
   0.5    1656    1.20     6.27    1695   1.10     7.00    11.6
   1.0    1618    1.22     12.06    1650   1.18     12.71    5.4
   1.5    1527    1.40     14.87    1588   1.20     18.05    21.35
   2.0    1340    1.45     16.80    1502   1.25     21.85    30.06
   2.5    -    -     -    1392   1.40     22.60    -
单位：
1、负载：英寸，磅
2、效率：每单位的效率(n)＝(负载×RPM/电压×电流×60)×100
3、比较效果(％)：((本发明的每单位的效率-现有技术的每单位的效率)/现有技术的每单位的效率)×100
从上述表1可以看出，本发明具有比现有技术提高10％至30％以上的比较效果。
如上述那样，根据本发明的感应电动机的转子，能够减少感应电动机的磁动势损失而使电动机的起动效率增大，能够减轻转子的重量而减小空载转矩和转动惯量，由于转子铁心材料的节减而大大降低了制造成本，因此具有大幅度提高机器的效率和可靠性的优良效果。

Claims (9)

1.一种感应电动机的转子，所述感应电动机由转子和定子组成并产生动力，其特征在于：在转子铁心中，以在铁心中央设置的轴***孔为中心，形成有由铁心支架分隔的多个空间。
2.根据权利要求1所述的感应电动机的转子，其特征在于：所述空间相同地形成在转子铁心的两侧，这些位于其两侧的空间是由隔板来分隔的。
3.根据权利要求2所述的感应电动机的转子，其特征在于：在所述隔板中贯穿设置着一个以上的通孔。
4.根据权利要求2所述的感应电动机的转子，其特征在于：分别在所述空间中填满非铁金属。
5.根据权利要求4所述的感应电动机的转子，其特征在于：设置有一个以上的穿过所述非铁金属和隔板的通孔。
6.根据权利要求1所述的感应电动机的转子，其特征在于：在所述转子铁心的两端安装有端环。
7.一种感应电动机的转子，所述感应电动机由转子和定子组成并产生动力，其特征在于：在转子铁心中，以在铁心中央设置的轴***孔为中心，形成有由铁心支架分隔的多个贯通部。
8.根据权利要求7所述的感应电动机的转子，其特征在于：在所述贯通部中填满非铁金属。
9.根据权利要求8所述的感应电动机的转子，其特征在于：设有一个以上的穿过所述非铁金属的通孔。
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