一种油浸式异步电机多层同心环结构及其电磁分析方法技术

本发明专利技术提供一种油浸式异步电机多层同心环结构及其电磁分析方法，包括定子和设置在定子内的绕组，其特征在于，还包括定子屏蔽套、气隙、转子屏蔽套、转子铁芯及转轴。基于上述结构，本发明专利技术的电磁分析方法具有结构简单、计算量小的特点，快速准确地计算任何激励电流强度下的屏蔽损耗，解决油浸式异步电动机电磁场分析问题。

An oil immersed asynchronous motor multi-layer concentric ring structure and its electromagnetic analysis method

The invention provides an oil immersed induction motor multi-layer concentric ring structure and its electromagnetic analysis method, including the stator and the winding in the stator, which is characterized by the stator shielding sleeve, air gap, rotor shield sleeve, rotor iron core and rotating shaft. Based on the above structure, the electromagnetic analysis method of the invention has the characteristics of simple structure and small calculation. It can calculate the shielding loss of any exciting current rapidly and accurately, and solve the problem of electromagnetic field analysis of the oil immersed induction motor.

【技术实现步骤摘要】
一种油浸式异步电机多层同心环结构及其电磁分析方法
本专利技术涉及一种油浸式异步电机多层同心环结构及其电磁分析方法，属于电磁场分析领域。
技术介绍
作为工业界常用设备，油泵将电能转化为输送液体的动能，在船舶、化工、电站、矿山冶金、深海开采、农业水利、医疗等许多领域有重要的应用。将泵体与驱动电机连接起来构成驱动系统，该系统长期浸泡在泵体所抽取油液中。目前采用油浸电机取代传统机械密封结构，减少人工维护，提高系统运行效率。与普通驱动电机不同，油浸电机发热定子与转子之间加入了两个屏蔽套：定子屏蔽套紧贴定子内径；转子屏蔽套紧贴转子外径。泵体输送的介质可以进入电机气隙，但被屏蔽套隔开，不会进入绕组及转子。油浸电机能够长时间工作于液体介质中，耐高温、高压且维护方便。异步电机结构简单、抗干扰能力强；电机本体中没有永磁体，制造及维护成本低，能应对恶劣工况。将异步电机做成油浸式，适合驱动液体泵。由于高温、高压、剧毒、易腐蚀等恶劣工况，屏蔽套采用金属制造。电机运行时气隙磁场与屏蔽套上的感生电场发生耦合效应：交变的磁场在屏蔽套上产生涡流，进而产生损耗；该涡流在气隙中产生额外磁场进而影响电磁特性。屏蔽套使油浸电机设计与分析与普通电机不同。油浸电机的核心问题是损耗计算。目前采用简单的经验公式估算法，然而无法阐述屏蔽套上涡流及损耗的产生机理及分布特征，无法提供优化设计依据。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种油浸式异步电机多层同心环结构及其电磁分析方法，快速准确地计算损耗，解决油浸式异步电动机的电磁场分析问题。为了实现上述目的，本专利技术一种油浸式异步电机多层同心环结构及其电磁分析方法，包括定子和设置在定子内的绕组，还包括定子屏蔽套、气隙、转子屏蔽套、转子铁芯及转轴；定子屏蔽套、气隙、转子屏蔽套、转子铁芯及转轴从外向内依次设置在绕组内，形成多层环。优选的，定子屏蔽套的电阻率和磁导率分别为γsc和μsc；气隙电阻率和磁导率分别为γag和μag；转子屏蔽套的电阻率和磁导率分别为γrc和μrc；转子铁芯的电阻率和磁导率分别为γro和μro，转轴的电阻率和磁导率分别为γsh和μsh。根据上述提到的一种油浸式异步电机多层同心环结构，具体的电磁分析方法步骤如下：(1)根据电机绕组空间分布，建立绕组函数vξw；(2)根据绕组函数vξw建立磁动势分布的表达式σ,vΘ(α,z,t)；(3)建立定子屏蔽套(3)的磁感应强度，包含周向分量σ,vHα,sc和轴向分量σ,vHz,sc；(4)采用麦克斯韦电磁场理论及变量分离法计算定子屏蔽套(3)的磁矢势，包含周向分量σ,vAα,sc和轴向分量σ,vAz,sc；(5)进一步推导气隙(4)磁矢势，包含周向分量σ,vAα,ag和轴向分量σ,vAz,ag，转子屏蔽套(5)磁矢势，包含周向分量σ,vAα,rc和轴向分量σ,vAz,rc，转子铁芯(6)磁矢势，包含周向分量σ,vAα,ro和轴向分量σ,vAz,ro，转轴(7)磁矢势，包含周向分量σ,vAα,sh和轴向分量σ,vAz,sh；(6)建立任意两个相邻同心圆环的边界条件方程，求上述各磁矢势的常系数；(7)根据磁矢势表达式，采用坡印廷定理计算定子屏蔽套(3)及转子屏蔽套(5)的损耗。优选的，步骤(1)中的绕组系数函数vξw具有如下表达式：vξw＝vξNvξSvξZ并且其中：vξN为开槽系数，vξS为短距系数，vξZ为分布系数。v为周向谐波，p为电机的极对数，sn为定子槽宽，τp为极距，m为电机相数，q为每极每相槽数，y为节距。优选的，步骤(2)中，磁动势σ,vΘ(α,z,t)具有如下表达式：式中α、z分别为柱坐标的周向和轴向自变量，t为时间自变量，Θ为磁动势，其下划线表示复数形式；v为周向谐波，v＝p(2mb+1)，b＝0,±1,±2…，σ为轴向谐波，σ＝1,3,5…，w为每相绕组匝数，I为相电流的有效值，L为电机铁芯的轴向长度，ω为电机旋转角速度，j为虚数单位，e为自然对数的底，σa为磁场的轴向分布系数，e为自然常数。磁动势σ,vΘ(α,z,t)表达式中σa的表达式为：式中，Le为绕组端部的轴向长度，l与l1由下述公式决定：l＝L+2Lel1＝L/2+2Le。优选的，步骤(3)中建立定子屏蔽套的磁感应强度的表达式为：式中，rsc为定子屏蔽套的外半径，为偏导数运算符。σ,vHα,sc表示在轴向谐波σ及周向谐波v下的定子屏蔽套上的磁场强度的周向分量α；σ,vHz,sc表示在轴向谐波σ及周向谐波v下的定子屏蔽套上的磁场强度的轴向分量z。优选的，步骤(4)中定子屏蔽套的磁矢势的周向分量σ,vAα,sc和轴向分量σ,vAz,sc的表达式为：式中，下划线表示复数形式；vp＝v/p，σ,vCsc1和σ,vCsc2为常系数，由定子屏蔽套及气隙之间的边界条件决定，rsc为定子屏蔽套的外半径，ω0为定子屏蔽套的角速度，在静止情况下ω0＝0，和分别为贝塞尔方程的第一类和第二类形式，σksc为贝塞尔方程的自变量之一，γsc和μsc分别为定子屏蔽套的电阻率和磁导率，j为虚数单位。优选的，步骤(5)中气隙磁矢势周向分量σ,vAα,ag和轴向分量σ,vAz,ag的表达式为：式中，ω0＝0，σ,vCag1和σ,vCag2为常系数，由气隙(4)及转子屏蔽套(5)之间的边界条件决定，rag为气隙的外半径，σkag为贝塞尔方程的自变量之一，γag和μag分别为气隙(4)的电阻率和磁导率。优选的，步骤(5)中转子屏蔽套磁矢势的周向分量σ,vAα,rc和轴向分量σ,vAz,rc的表达式为：式中，σ,vCrc1和σ,vCrc2为常系数，由转子屏蔽套及转子铁芯之间的边界条件决定，rrc为转子屏蔽套的外半径，σkrc为贝塞尔方程的自变量之一，γrc和μrc分别为转子屏蔽套的电阻率和磁导率。所述步骤中转子铁芯磁矢势的周向分量σ,vAα,ro和轴向分量σ,vAz,ro的表达式为：式中，σ,vCro1和σ,vCro2为常系数，由转子铁芯及转轴&之间的边界条件决定，rro为转子铁芯(6)的外半径，σkro为贝塞尔方程自变量之一，γro和μro分别为转子铁芯的电阻率和磁导率。步骤5中的转轴磁矢势的周向分量σ,vAα,sh和轴向分量σ,vAz,sh的表达式为：式中，σ,vCsh1和σ,vCsh2为常系数，由转子铁芯及转轴之间的边界条件决定，rsh为转轴铁芯(6)外半径，σksh为贝塞尔方程的自变量之一，γsh和μsh分别为转轴的电阻率和磁导率。优选的，步骤(6)中，求各磁矢势表达式中的常系数所采用的边界条件方程如下(下划线表示复数形式)：对于定子屏蔽套：式中，σ,vEz,ag表示在轴向谐波σ及周向谐波v下气隙电场强度的轴向分量z；σ,vHα,ag表示在轴向谐波σ及周向谐波v下气隙(4)磁场强度的周向分量α。对于气隙：式中，σ,vEz,rc表示在轴向谐波σ及周向谐波v下转子屏蔽套(5)电场强度的轴向分量z；σ,vHα,rc表示在轴向谐波σ及周向谐波v下转子屏蔽套(5)磁场强度的周向分量α。对于转子屏蔽套：式中，σ,vEz,ro表示在轴向谐波σ及周向谐波v下转子铁芯(6)电场强度的轴向分量z；σ,vHα,ro表示在轴向谐波σ及周向谐波v下转子铁芯磁场强度的周向分量α。对于转子铁芯：式中，σ,vE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油浸式异步电机多层同心环结构，包括定子(1)和设置在定子(1)内的绕组(2)，其特征在于，还包括定子屏蔽套(3)、气隙(4)、转子屏蔽套(5)、转子铁芯(6)及转轴(7)；所述的定子屏蔽套(3)、气隙(4)、转子屏蔽套(5)、转子铁芯(6)及转轴(7)从外向内依次设置在绕组(2)内，形成多层环。

【技术特征摘要】
1.一种油浸式异步电机多层同心环结构，包括定子(1)和设置在定子(1)内的绕组(2)，其特征在于，还包括定子屏蔽套(3)、气隙(4)、转子屏蔽套(5)、转子铁芯(6)及转轴(7)；所述的定子屏蔽套(3)、气隙(4)、转子屏蔽套(5)、转子铁芯(6)及转轴(7)从外向内依次设置在绕组(2)内，形成多层环。2.根据权利要求1所述的一种油浸式异步电机多层同心环结构，其特征在于，定子屏蔽套(3)的电阻率和磁导率分别为γsc和μsc；气隙(4)电阻率和磁导率分别为γag和μag；转子屏蔽套(5)的电阻率和磁导率分别为γrc和μrc；转子铁芯(6)的电阻率和磁导率分别为γro和μro，转轴(7)的电阻率和磁导率分别为γsh和μsh。3.根据权利要求1所述的一种油浸式异步电机多层同心环结构，其特征在于，具体的电磁分析方法步骤如下：(1)根据电机绕组空间分布，建立绕组函数vξw；(2)根据绕组函数vξw建立磁动势分布的表达式σ,vΘ(α,z,t)；(3)建立定子屏蔽套(3)的磁感应强度，包含周向分量σ,vHα,sc和轴向分量σ,vHz,sc；(4)采用麦克斯韦电磁场理论及变量分离法计算定子屏蔽套(3)的磁矢势，包含周向分量σ,vAα,sc和轴向分量σ,vAz,sc；(5)进一步推导气隙(4)磁矢势，包含周向分量σ,vAα,ag和轴向分量σ,vAz,ag，转子屏蔽套(5)磁矢势，包含周向分量σ,vAα,rc和轴向分量σ,vAz,rc，转子铁芯(6)磁矢势，包含周向分量σ,vAα,ro和轴向分量σ,vAz,ro，转轴(7)磁矢势，包含周向分量σ,vAα,sh和轴向分量σ,vAz,sh；(6)建立任意两个相邻同心圆环的边界条件方程，求上述各磁矢势的常系数；(7)根据磁矢势表达式，采用坡印廷定理计算定子屏蔽套(3)及转子屏蔽套(5)的损耗。4.根据权利要求3所述的一种油浸式异步电动机的电磁分析方法，其特征在于：所述步骤(1)中的绕组系数函数vξw具有如下表达式：vξw＝vξNvξSvξZ并且其中：vξN为开槽系数，vξS为短距系数，vξZ为分布系数。v为周向谐波，p为电机的极对数，sn为定子(1)槽宽，τp为极距，m为电机相数，q为每极每相槽数，y为节距。5.根据权利要求3所述的一种油浸式异步电动机的电磁分析方法，其特征在于：所述步骤(2)中，磁动势σ,vΘ(α,z,t)具有如下表达式：式中α、z分别为柱坐标的周向和轴向自变量，t为时间自变量，Θ为磁动势，其下划线表示复数形式；v为周向谐波，v＝p(2mb+1)，b＝0,±1,±2…，σ为轴向谐波，σ＝1,3,5…，w为每相绕组匝数，I为相电流的有效值，L为电机铁芯的轴向长度，ω为电机旋转角速度，j为虚数单位，e为自然对数的底，σa为磁场的轴向分布系数，e为自然常数。磁动势σ,vΘ(α,z,t)表达式中σa的表达式为：式中，Le为绕组端部的轴向长度，l与l1由下述公式决定：l＝L+2Lel1＝L/2+2Le。6.根据权利要求1所述的一种油浸式异步电动机的电磁分析方法，其特征在于：所述步骤(3)中建立定子屏蔽套(3)的磁感应强度的表达式为：式中，rsc为定子屏蔽套(3)的外半径，为偏导数运算符。σ,vHα,sc表示在轴向谐波σ及周向谐波v下的定子屏蔽套(3)上的磁场强度的周向分量α；σ,vHz,sc表示在轴向谐波σ及周向谐波v下的定子屏蔽套(3)上的磁场强度的轴向分量z。7.根据权利要求1所述的一种油浸式异步电动机的电磁分析方法，其特征在于：所述步骤(4)中定子屏蔽套(3)的磁矢势的周向分量σ,vAα,sc和轴向分量σ,vAz,sc的表达式为：式中，下划线表示复数形式；vp＝v/p，σ,vCsc1和σ,vCsc2...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊胜利，韦元林，李均民，余强，田里思，
申请(专利权)人：深圳市默贝克驱动技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44