一种小型电机定子扣片槽开口形式设计优化

吴成龙+张泱泱+姜雨楠

摘 要 将定子扣片槽对电机电磁性能（磁路，功率因素）及散热情况的影响进行了系统分析。以 Y2-802-2电机磁场作为特定对象，改进扣片槽开口方案，对电机定子铁芯的磁场分布情况进行了改善，提高了电机内部定子铁芯铁磁材料的利用率，采用 Ansoft Maxwell 软件进行有限元仿真分析，对比仿真结果，得出最终改进方案。

关键词 扣片槽 功率因数 磁场 散热

中图分类号：TM303.3 文献标识码：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

電机绕组产生的热量主要依靠铁芯与机座接触传导散发。由于铁芯外圆设计了扣片槽， 减少了铁芯与机座的接触面积，导致其温升较没有扣片槽的电机有一定程度增加。有关经验统计分析认为封闭式电机绕组温升可用近似的关系式表示：

上式表明，绕组温升与铁芯和机座的接触面成反比。

1 电机 RMxprt 仿真分析

选择Y2-802-2 型电机，设计参数如下（表1）：

以表1参数为基础，建立电机的 RMxprt 仿真模型（图1）：

仿真结果如下：

如上，仿真模型输出功率为 1.09993kW，机械转矩为3.74655N.m，效率为 75.256%，功率因数为 0.80837，转速为 2803.54rpm，电流为 2.70573A，与设计值相近。

2 Y2-802-2电机有限元仿真分析

以前面仿真的 RMxprt 模型为基础，将模型导入 Ansoft Maxwell 有限元仿真中。

2.1 电机开扣片槽后的有限元仿真分析

根据扣片槽设计尺寸，建立如下模型（图2）：

给定转速 2803.54rpm，得到电磁曲线如下（图3）：

观察电磁转矩曲线，其稳定后电磁转矩值大小约 4.2878N.m。得到绕组相电流如图4，其稳定后电流值约为 3.01270A。

最后计算磁力线和磁密分布如（图5）所示：

可以看出：可以看出，电机中大部分磁密值在 1.5T 左右，定子槽与扣片槽对应时，两槽之间区域的磁场被加强。

2.2 优化定子磁场分布

扣片槽与定子槽对应的区域里，磁密幅度增加，饱和程度增大，就需要更大的励磁电流来建立磁场。因此对电机磁场分布情况进行优化，就能减少无功电流，减少无功功率，使功率因数增加（图6）。

由于这种仿真后磁密分布情况（即扣片槽与对应定子槽之间磁密增强）的出现，相应改进方式为将扣片槽开在定子槽之间（图7）。

观察电磁转矩随时间变化曲线，得该转速下的电磁转矩稳定值约为4.2911N.m（图8）。

由三相绕组电流随时间变化曲线可得，电机在该转速下稳定运行时，绕组电流有效值约为 2.976780A。同样得到该转速下最后时刻的磁力线和磁密分布如图（图9）。将此图与前面仿真的与定子槽对应开扣片槽的方式相比，明显看出对电机磁场分布进行了优化和改善。尽管扣片槽与相邻定子槽之间的磁场仍然被加强，但明显小于开槽的情况。而且部分区域（如扣片槽与相邻定子槽之间的区域）的磁密得到加强，提高到了 1.52T～1.65T 之间，提高了铁芯的利用率。

3 结论

取扣片槽口与定子槽口不对应的扣片开槽形式，改进后与改进前的设计冲片图对无功功率影响的结果对比如下（图10）：

从对比图表中可以看出，改进后电机三相绕组相电流减少了 0.03592A，约为原设计的 1.192%；无功功率减少了 0.02364kW，约为原设计的 7.948%；功率因数提高了 1%。在改善磁场分布的同时，相比于以往采用的扣片开槽形式，可以起到降低无功电流和无功功率，提高功率因数的效果。

基于以上分析论证，在现有的工艺基础上，从电场、磁场方面对小型电机的定子扣片槽的优化设计为采取扣片槽口与定子槽口不对应的扣片形式，对电机定子铁芯的磁场分布情况进行了改善，提高了电机内部定子铁芯铁磁材料的利用率。

参考文献

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