降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构及电动机

摘要

本发明公开了一种降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构及电动机，属于电动机技术领域，该笼型转子结构包括：转轴；固定设置于转轴上的转子铁芯；分别设置在转子铁芯的转子槽内的多个导条；分别固定设置于转子铁芯的两端并将转子铁芯上的多个导条整体连接以形成短路的两个端环；分别设置于两个端环的外端的两个起动环，起动环与端环固定连接且起动环与端环之间的间隙控制为小于3mm。本发明通过设置起动环并将起动环与端环之间的间隙控制为小于3mm，使得电动机在起动过程中端环与起动环间的磁阻减小，提高起动环的涡流效应，进而提高对起动电流的削弱作用，在保证电动机稳定运行时性能不变的前提下，降低电动机起动过程中的起动电流。

权利要求

1.一种降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构，其特征在于，包括：转轴；

转子铁芯，所述转子铁芯固定设置于所述转轴上；

多个导条，所述多个导条分别设置在所述转子铁芯的转子槽内；

两个端环，所述两个端环分别固定设置于所述转子铁芯的两端，将所述转子铁芯上的所述多个导条整体连接以形成短路；

两个起动环，所述两个起动环分别设置于所述两个端环的外端，所述起动环与所述端环固定连接且所述起动环与所述端环之间的间隙控制为大于0小于3mm，所述起动环用于降低所述端环处的磁阻，提高磁路导通效率，提高起动环的涡流效应，降低电动机起动电流；

所述起动环的截面为 形、 形、∪形或矩形中的任意一种；

所述起动环的远离所述端环的一端的端面为平面、斜面或曲面；

所述端环、转子铁芯和导条采用铸造、整体加工或切削加工的方式设置为整体结构；

所述起动环与所述转轴、所述转子铁芯、所述导条和所述端环之间的磁场相互导通，且起动电流满足：其中，Ist表示电动机起动电流，U1表示电动机额定电压，Xm表示电动机激磁电抗，X1σ表示电动机定子漏电抗，R1表示电动机定子绕组电阻，R’2表示电动机转子绕组电阻，X‘2σ表示电动机转子漏电抗；且 π≈3.14，w为转子绕组线圈匝数，Rm为端环处的磁阻，f为电流交变频率。

2.根据权利要求1所述的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构，其特征在于，所述起动环采用高磁导率材料制作而成。

3.根据权利要求2所述的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构，其特征在于，所述起动环采用硅钢片制作而成。

4.根据权利要求1所述的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构，其特征在于，所述端环、转子铁芯和导条采用焊接的方式固定连接。

5.一种电动机，其特征在于，所述电动机设置有上述权利要求1‑4中任一项所述的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构。

说明书

降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构及电动机

技术领域

[0001] 本发明属于电动机技术领域，尤其涉及一种降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构及设置有该笼型转子结构的电动机。

背景技术

[0002] 三相异步电动机由于结构简单、体积小、效率高等优点，可以广泛应用于风机、水泵、矿山机械等场合。但是，笼型感应电动机在起动过程中，会产生较大的电流，对电网造成冲击，影响其他电器设备的正常运行。

[0003] 在三相异步电动机发展过程中，采取了多种方法克服上述问题：

[0004] 首先是降压起动，包括星‑三角起动、降压起动等；这些方法可以降低电动机起动电流，但是起动转矩会降低很多，只适用于空载或轻载起动；其次，绕线转子电动机转子外接起动变阻器起动；但绕线转子电动机结构复杂、故障率高、维护成本高等，限制其使用范围；目前，大型设备主要是通过软起动器或变频器启动；通过加装软起动器或变频器，可以实现电动机平稳起动，且对电网冲击很小；但是同样存在投入设备昂贵且后期运行维护成本高的问题。

[0005] 在上述的方法中，均是在电控侧的调整。而在电机侧的调整，无非是通过调整线圈匝数、定转子槽型、调整铁芯长度、改进转子导条材质和电阻率等。这些手段虽能实现降低起动电流的目的，但是成本增加较大且影响电机稳定运行的性能。

[0006] 目前，节能降耗对电动机的要求越来越高，高功率密度、高效率三相异步电动机的应用范围也越来越广。为了实现电动机高功率密度、高能效的要求，众多电动机制造企业将线圈匝数减少、槽形放大，降低电动机损耗，提高电动机效率。但与此同时，也降低电动机起动时的阻抗，随之带来的是电动机起动电流增大。而且，对于客户端设备节能改造现场，由于系统电网容量较小，将旧电动机更换为高效率的电动机后，出现频繁跳闸，电动机无法起动的现象，用户体验差，无形中为客户的设备节能改造制造技术难题。

发明内容

[0007] 为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构及设置有所述笼型转子结构的电动机，在保证电动机连续稳定运行时性能不变的前提下，降低电动机起动过程中的起动电流。

[0008] 本发明的技术方案如下：

[0009] 第一方面，本发明提供了一种降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构，包括：

[0010] 转轴；

[0011] 转子铁芯，所述转子铁芯固定设置于所述转轴上；

[0012] 多个导条，所述多个导条分别设置在所述转子铁芯的转子槽内；

[0013] 两个端环，所述两个端环分别固定设置于所述转子铁芯的两端，将所述转子铁芯上的所述多个导条整体连接以形成短路；

[0014] 两个起动环，所述两个起动环分别设置于所述两个端环的外端，所述起动环与所述端环固定连接且所述起动环与所述端环之间的间隙控制为大于0小于3mm。

[0015] 进一步地，在上述降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，所述起动环采用高磁导率材料制作而成。

[0016] 进一步地，在上述降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，所述起动环采用硅钢片制作而成。

[0017] 进一步地，在上述降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，所述端环、转子铁芯和导条采用焊接的方式固定连接。

[0018] 进一步地，在上述降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，所述端环、转子铁芯和导条采用铸造、整体加工或切削加工的方式设置为整体结构。

[0019] 进一步地，在上述降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，所述起动环的截面为├形、∟形、∪形或矩形中的任意一种。

[0020] 进一步地，在上述降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，所述起动环的远离所述端环的一端的端面为平面、斜面或曲面。

[0021] 第二方面，本发明还提供了一种电动机，所述电动机设置有上述降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构。

[0022] 本发明技术方案具有如下优点和有益效果：

[0023] 本发明的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构及设置有该笼型转子结构的电动机，通过设置起动环并将起动环与端环之间的间隙控制为大于0小于3mm，使得电动机在起动过程中端环处的磁阻减小，并且提高起动环的涡流效应，从而提高对起动电流的削弱作用，由此，在保证电动机稳定运行时性能不变的前提下，降低电动机起动过程中的起动电流，而且结构简单、成本低廉，满足高功率密度、高能效三相异步电动机的应用要求。

附图说明

[0024] 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。在附图中：

[0025] 图1为本发明的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构的整体结构示意图；

[0026] 图2为本发明的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构所产生的漏磁通的示意图；

[0027] 图3为现有技术的未设置起动环的三相异步电动机笼型转子结构所产生的漏磁通的对照示意图；

[0028] 图4为本发明的设置∟形起动环的实施例的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构的结构示意图；

[0029] 图5为本发明的设置├形起动环的实施例的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构的结构示意图；

[0030] 图6为本发明的设置矩形起动环的实施例的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构的结构示意图；

[0031] 图7为沿图1中A‑A的剖视结构示意图。

[0032] 附图标记说明：

[0033] 1、转轴；2、起动环；21、∟形起动环；22、├形起动环；23、矩形起动环；3、端环；4、转子铁芯；5、导条。

具体实施方式

[0034] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0035] 以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

[0036] 如图1、图2、图4至图7所示，本发明实施例提供了一种降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构，该笼型转子结构包括：

[0037] 转轴1；

[0038] 转子铁芯4，所述转子铁芯4固定设置于转轴1上；

[0039] 多个导条5，所述多个导条5分别设置在转子铁芯4的转子槽内，导条5是电动机转子产生转矩的动力源；

[0040] 两个端环3，所述两个端环3分别固定设置于转子铁芯4的两端，将转子铁芯4上的多个导条5整体连接以形成短路；

[0041] 两个起动环2，所述两个起动环2分别设置于两个端环3的外端，起动环2与端环3固定连接且起动环2与端环3之间的间隙大于0小于3mm，起动环2用于降低端环3处的磁阻，提高磁路导通效率，进而降低电动机起动电流。

[0042] 因此，在本发明实施例的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，设置有多个导条5的转子铁芯4安装于转轴1上，转子铁芯4的两端分别固定设置有端环3，每个端环3的外端面固定有起动环2，起动环2与端环3的端面之间的间隙控制为大于0小于3mm。

[0043] 具体地，设置于转子铁芯4上的转子槽内的导条5用于产生转子感应电动势和感应电流，进而传递电磁转矩。

[0044] 具体地，用于降低端环3处磁阻的起动环2采用高磁导率材料制作而成。作为本发明实施例一种可选的实现方式，起动环2采用磁导率在100以上的铁磁性材料或者铁制品和稀土元素形成的合金材料制作而成，如硅钢片等。

[0045] 作为本发明实施例一种可选的实现方式，端环3、转子铁芯4和导条5为一个整合结构，如采用焊接的方式固定连接或采用铸造、整体加工或切削加工的方式设置为整体结构，如此设置，保障了端环3、转子铁芯4和导条5的整体强度，避免了端环3在长期工作过程中由于应力集中等问题发生开裂或断裂的问题，同时能够保障电动机运转的稳定性。

[0046] 作为本发明实施例一种可选的实现方式，起动环2为一个整体环形结构以精确地保证起动环2与端环3的相对位置关系。

[0047] 作为本发明实施例一种可选的实现方式，起动环2的截面可以为├形、∟形、∪形或矩形中的任意一种。图4示出了设置∟形起动环21的笼型转子结构的结构示意图，图5示出了设置├形起动环22的笼型转子结构的结构示意图，图6示出了设置矩形起动环23的笼型转子结构的结构示意图。

[0048] 作为本发明实施例一种可选的实现方式，如图4至图6所示，起动环2与端环3之间的间隙为0。

[0049] 需要说明的是，尽管附图中示出起动环2的远离端环3的一端的端面为平面，但在本发明实施例一些可选的实现方式中，起动环2的远离端环3的一端的端面除了平面外还可为斜面或曲面的结构。

[0050] 本发明的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构的工作原理为：

[0051] 在电机起动过程中，电源以50Hz的频率供电，电机定子电流的频率也为50Hz，通过交变磁场的过渡，在转子的端环3侧出现相同频率的交变电流，交变电流在端环3的周围形成交变磁场，交变磁场以同心于端环3的同心圆形式存在，由此在端环3处产生交变的漏磁通，而交变漏磁通会形成漏电抗，在本发明实施例的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，通过在每个端环3的外端面固定有起动环2，由此，起动环2与转轴1、转子铁芯4、导条5和端环3之间的磁场相互导通，且满足：

[0052]

[0053] 其中，Ist表示电动机起动电流，U1表示电动机额定电压，Xm表示电动机激磁电抗，X1σ表示电动机定子漏电抗，X‘2σ表示电动机转子漏电抗，R1表示电动机定子绕组电阻，R’2表示电动机转子绕组电阻。由上式可见，电动机起动电流Ist和电动机转子漏电抗X‘2σ呈反相关关系，即X‘2σ增大，则Ist降低。

[0054] 电动机转子漏电抗X‘2σ包括转子槽漏电抗、转子端部漏电抗、转子谐波漏电抗。针对电动机转子结构并基于结构的可操作性，本发明通过在每个端环3的外端面增设起动环2，提高了转子端部漏电抗，从而通过增大电动机转子漏电抗X‘2σ实现降低电动机起动电流Ist的目的。具体地，影响电动机转子漏电抗X‘2σ大小的因素为：

[0055]

[0056] 其中，π≈3.14，w为转子绕组线圈匝数，Rm为端环3处的磁阻，f为电流交变频率，由上式可知，电动机转子漏电抗X‘2σ与端环3处的磁阻Rm呈反相关关系，即磁阻Rm越小，电动机转子漏电抗X‘2σ越大，进而电动机起动电流Ist越小。

[0057] 为了使得本发明中的结构和效果更加明显，参见作为对照的图2和图3，其中，图2示出了本发明的安装有起动环2的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构所产生的漏磁通的示意图，图3示出了现有技术的未设置起动环的三相异步电动机笼型转子结构所产生的漏磁通的示意图。如图3所示，由于端环处未安装起动环，端环周围为空气，而空气磁导率很低，即端环处磁阻较大，则电动机起动过程中，电动机转子漏电抗较小，无法有效降低电动机起动电流。如图2所示，当在端环3处安装起动环2后，由于起动环2为高磁导率材质，端环处磁阻较空气小很多，所以在端环3附近会产生较大的漏磁通，并且在起动环2处形成涡流效应(图中圆形带箭头弧线)，进而形成较大的电动机转子漏电抗，当电动机起动时，较大的电动机转子漏电抗起到降低电动机起动电流Ist的作用；而当转子接近额定转速时，电动机处于连续运行状态，转子电流频率较低，起动环2的涡流效应降低，因此，对电动机连续稳定运行状态时性能(效率、功率因数、最大转矩)影响较小。

[0058] 因此，在本发明实施例的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，通过设置起动环2并将起动环2与端环3之间的间隙控制为大于0小于3mm，使得电动机在起动过程中端环3处的磁阻减小，并能够提高起动环2的涡流效应，进而提高对起动电流的削弱作用，由此，在保证电动机稳定运行时性能不变的前提下，降低电动机起动过程中的起动电流。经实际验证，当起动环2与端环3的距离大于3mm时，端环3与起动环2间的磁阻将增大，形成的电动机转子漏电抗较小，并且降低起动环2的涡流效应，进而降低对起动电流的削弱效果。因此在本发明实施例的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构中，为了更好地降低电动机起动过程中的起动电流，将起动环2与转子端环3间的距离控制在3mm以内，并且根据实际试验和现场安装需要，优选地将起动环2与端环3之间的间隙设置为1mm‑2mm。

[0059] 此外，本发明还提供了一种电动机，该电动机上设置有上述实施例的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构，使得在保证电动机连续稳定运行过程时性能不变的前提下，降低电动机起动过程中起动电流。

[0060] 综上所述，本发明的降低起动电流的三相异步电动机笼型转子结构及设置有该笼型转子结构的电动机，通过设置起动环2并将起动环2与端环3之间的间隙控制为大于0小于3mm，使得电动机在起动过程中端环3处的磁阻减小，并提高起动环2的涡流效应，进而提高对起动电流的削弱作用，由此，在保证电动机稳定运行时性能不变的前提下，降低电动机起动过程中的起动电流，而且结构简单、成本低廉，满足高功率密度、高能效三相异步电动机的应用要求。

[0061] 需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

[0062] 最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。