一种便于起动的三相笼型异步电机的转子绕组

技术领域

本发明涉及一种三相笼型异步电机，具体涉及一种便于起动的三相笼型异步电机的转子绕组，其应用于大转矩/电流比、重载起动、以及风机、泵类负载的调速节能运行的三相笼型异步电机。

背景技术

三相笼型异步电机具有结构简单、便于维护、制造成本低和坚固耐用的优势，是产量最大、工艺最成熟和各行各业应用最广泛的一类电动机。

但三相笼型异步电机有效率低、功率因数低的固有缺陷，尤其在电机起动阶段由于转差率大，定转子的损耗大、电流大，产生的转矩反而小；生产中对于风机、泵类、压缩机等负荷变化大的负载，由于损耗大、散热差不能采用工频条件下的调速节能，只能在管路中设置挡板等限制流量满足生产的需要。

现有的笼型转子绕组如图1所示，转子铁心制成后，导条和两个端环采用铸铜或铸铝工艺加工为一体。针对三相笼型异步电机的带载起动和调速节能运行，传统笼型异步电机采用深槽、双鼠笼转子绕组和实心转子设计技术，其本质是电机起动阶段利用集肤效应增大转子电阻，从而增大起动阶段的转矩/电流比、减小调速节能运行阶段的损耗；专利CN89212940.9提出转子采用主转子和副转子的复合转子方案，通过机械机构调整复合转子与定子的耦合，实现节能调速运行；专利CN95119410.0提出在转子外圆增设定子磁通短路环，通过外设机构调整定子磁通短路环的轴向位置，实现节能调速运行，但传统的深槽、双鼠笼和实心转子三相笼型异步电机转子漏磁大、体积大、材料用量大、加工工艺复杂、制造成本高，专利CN89212940.9、CN95119410.0均通过复杂的外设机械机构调整定转子的耦合程度实现电机调速，也存在体积大、加工复杂的问题，尽管提出较早仍然没有得到推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在不改变电机整体结构的前提下，简化制造工艺，提升三相笼型异步电机起动阶段的转矩/电流比，提高带载起动能力，减少损耗提高运行效率，实现风机、泵类、压缩机等负荷变化大负载的调速节能运行。

本发明便于起动的三相笼型异步电机的转子绕组是通过以下技术方案来实现的：包括若干导条、端环块以及两端环套；

端环套由若干弹性块、端环块、环氧树脂填料构成，导条包括位于位于转子铁心槽内的直线部分和铁心外的两导条端部，且直线部分和两导条端部组成为一整体，在两个导条端部之间均配备一个弹性块和一个端环块，且弹性块位于径向外侧，端环块位于径向内侧，环氧树脂填料位于导条端部的径向外侧。

作为优选的技术方案，端环块与两侧的导条端部紧密接触，转子旋转时在离心力的作用下端环块压缩弹性块，同时改变了与导条端部的接触面积，接触面积决定转子电阻，端环块与导条构成转子绕组的导电系统。

作为优选的技术方案，环氧树脂填料的厚度与弹性块处于最大程度压缩时的厚度相同，环氧树脂填料对端环套进行定位；弹性块处于完全释放状态的厚度，起动时转子电阻，使临界转差率为1，以产生最大起动转矩；端环套内的径向高度为弹性块处于完全释放状态的厚度和端环块厚度之和。

作为优选的技术方案，弹性块采用软化温度和热分解温度均高于电机绝缘温升限度的聚氨酯弹性块，其为不导磁不导电材料；端环套采用机械强度高、耐高温、导热性能好的绝缘支撑材料制成。

本发明的有益效果是：本发明在不改变转子结构、不增大漏磁和电机体积的前提下，改进转子绕组的端环设计，提高了电机起动时的转矩/电流比，满足电机满载或重载起动要求，减少起动时间和电网的冲击，并保持额定转速下的高效率运行，优良性能自适应应用于风机、泵类负载的调速节能运行，促进三相笼型异步电机的应用，具有潜在的应用推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的笼型异步电机的转子绕组三维视图；

图2为本发明的转子绕组及其端环套三维视图；

图3为本发明的端环套轴向中心位置处径向截面视图；

图4为本发明的转子绕组三维视图；

图5为本发明的爆炸图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”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。

此外，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。

本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”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；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。

本发明的一种便于起动的三相笼型异步电机的转子绕组，利用转子旋转时产生的离心力，使转子的电阻能够随转速的上升线形减小，如图2—图5所示，包括若干导条1、端环块2以及两端环套3；

端环套3由若干弹性块4、端环块2、环氧树脂填料5构成，导条1包括位于位于转子铁心槽内的直线部分和铁心外的两导条端部，且直线部分和两导条端部组成为一整体，在两个导条端部之间均配备一个弹性块4和一个端环块2，且弹性块4位于径向外侧，端环块2位于径向内侧，环氧树脂填料5位于导条1端部的径向外侧。

本实施例中，端环块2与两侧的导条1端部紧密接触，转子旋转时在离心力的作用下端环块压缩弹性块4，同时改变了与导条1端部的接触面积，接触面积决定转子电阻，端环块2与导条1构成转子绕组的导电系统。

本实施例中，环氧树脂填料5的厚度与弹性块4处于最大程度压缩时的厚度相同，环氧树脂填料5对端环套3进行定位；弹性块4处于完全释放状态的厚度，起动时转子电阻，使临界转差率为1，以产生最大起动转矩；端环套3内的径向高度为弹性块4处于完全释放状态的厚度和端环块2厚度之和。

本实施例中，弹性块4采用软化温度和热分解温度均高于电机绝缘温升限度的聚氨酯弹性块，其为不导磁不导电材料；端环套3采用机械强度高、耐高温、导热性能好的绝缘支撑材料制成，采用碳纤维、陶瓷等材料。

电机制造工序如下：

转子绕组及其端环套内附属部件可并行制作，转子铁心制成后导条采用传统的铸铜或铸铝工艺，导条端部和端环块的接触面需要经过金属表面的光滑处理工艺，端环套内的附属部件先组装再与导条端部装配在一起，最后灌装环氧树脂填料，定位端环套并加固与导条的连接。

工作原理如下：

电机起动时，弹性块处于释放状态，端环块只有一小部分面积与导条端部接触，转子电阻较大，产生足够的起动转矩，同时电流较小；随着转子转速的增大，端环块在离心力的作用下压缩弹性块，与导条端部接触增大，转子电阻下降，同时转差率减小，转矩和电流基本保持不变；当转速达到额定转速时，弹性块被最大程度压缩，端环块与导条端部接触面积最大，转子电阻最小，电机保持高效率运行。

有益效果如下：

(1)不改变电机整体结构设计，对转子绕组端环做改进设计，设置端环套对附属部件进行定位和保护，提高电机起动时的转矩/电流比，提高起动能力。

(2)利用端环块产生的离心力压缩弹性块，实现转子电阻随转速的变化线形变化。

(3)起动阶段，端环块产生的离心力不足，弹性块保持释放状态，转子电阻大，电机产生高的转矩/电流比。

(4)额定转速运行阶段，弹性块处于最大压缩状态，环氧树脂填料厚度补偿弹性块压缩后的厚度，端环块与导条端部接触面积最大，电阻最小，电机高效率运行。

(5)停机时，端环块产生的离心力下降，弹性块自动恢复释放状态。

(6)充分考虑转子电阻大小在电机起动和额定转速运行阶段的性能影响，利用端环块产生的离心力压缩弹性体，实现转子电阻随转速的变化线形变化，进一步提升电机的满载/重载起动能力，减轻大起动电流对电网的冲击。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。