YDAX系列电动汽车用三相交流异步电动机

摘要

本发明公开了YDAX系列电动汽车用三相交流异步电动机，具有机壳、定子和转子，其中：电动机细长比1.3～6.0，机壳上的散热片采用垂直均匀分布机座圆周，出线口位于机座后端；所述转子为双轴伸；导磁材料采用低损耗冷轧硅钢板，硅钢板的电磁负荷设计合理，使效率比普通高效电机高1～5％；定、转子气隙增加0.3～0.4倍，槽配合采用36/28或36/33或54/44或72/64，转子槽形采用梨形圆底或梨形平底或凸形对称或凸形不对称槽形，电机三相绕组采用最大并联支路的Y型接法；采用级绝缘IBGT绝缘系统，采用QP-2/200变频电机专用铜圆线制作定子铁芯绕组。与现有技术相比，电动机运行安全可靠，转矩高，振动小，噪音低，温升裕度大，输出转矩与汽油发动机相当，完全满足电动汽车的需要。

说明书

技术领域

本发明属于电动机技术领域，具体涉及一种YDAX系列电动汽车用三相交流异步电动机

背景技术

进入二十一世纪，能源危机和环境污染是世界各国面临的两大难题。如何缓解并最终解决能源的供需矛盾，如何改善日益严峻的环境状况，世界各国的科学家都把目光集中在能源的重要耗费者和环境污染大户-汽车上。根据我国环保、节能、减排的产业规划政策，以电动汽车代替燃油汽车势在必行。电动汽车是以电动机和蓄电池、控制器构成的交流驱动系统代替传统的以燃油为主的汽车发动机驱动系统。该电机的开发不但能够节约有限的石油资源，而且还减少环境污染。为适应市场需求，改善目前全球范围内日益严峻的的环境状况，以电动汽车代替燃油汽车，以减少尾气排放，净化空气，创造绿色地球。

电动汽车驱动系统对感应电机的要求很高，该系列电机作为电动汽车用调速电动机，由于受安装条件所限，要求具有小型、轻量、高效、低速高转矩且调速范围宽、长寿命、高可靠性、低噪声等特点。因电动汽车用电机通过控制器供电，谐波磁动势产生的振动谐波电磁转矩会使电动机的转矩产生脉动，而电机峰值功率的持续时间≥2min，谐波电流还增加了电机峰值电流，所以电机输出转速和转矩技术性能要考虑减速器的转动惯量和峰值转矩对电机的影响，而且应在较宽的变频范围内保持良好的运行性能。使用变频器供电，对电机绝缘有损害，这样该电机就要比普通电机采用较好的材料，另外电动汽车用电机受汽车空间位置限制，整体结构与普通电机结构差异是很大的。这样势必增加了设计开发的技术难度与设计开发成本，这也是所属技术人员一直在探索攻克的技术难题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种运行安全可靠，高效节能、转矩高、振动小、噪音低，温升裕度大的YDAX系列电动汽车用三相交流异步电动机。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：该YDAX系列电动汽车用三相交流异步电动机具有机壳、定子和转子，其特征在于：电动机细长比1.3～6.0，机壳上的散热片采用垂直均匀分布机座圆周，出线口位于机座后端；所述转子为双轴伸，主轴伸有圆柱轴伸或圆锥形轴伸或花键轴伸，副轴伸为圆形柱轴伸；导磁材料采用低损耗冷轧硅钢板，硅钢板的电磁负荷为定子齿磁密1.0～1.45T、定子轭磁密0.9～1.2T、转子齿磁密1.0～1.4T、转子轭磁密0.6～0.9T、气隙磁密0.5～0.65T、定子绕组电密3.0～5.5A/mm2、转子导条电密1.2～3.5A/mm2、线负荷180～280A/cm；定、转子气隙为现有气隙的1.3～1.4倍，槽配合采用36/28或36/33或54/44或72/64，转子槽形采用梨形圆底或梨形平底或凸形对称或凸形不对称槽形，电机三相绕组采用最大并联支路的Y型接法，转子为鼠笼转子；所述电动机采用H级绝缘，IBGT绝缘系统，使电动机的绝缘结构能够承受0.1微秒上升时间峰值为2000V电压波的急剧冲击，定子线圈采用QP-2/200变频电机专用铜圆线，有绕组定子铁芯整体经二次真空浸漆处理。

所述电动机绕组端部设置定子绕组测温元件Pt100，通过外接配置仪表。

所述电动机后轴伸输出安装增量型编码器，电动机引出线分为四根或七根，其中四根为三根电源线和一根定子绕组测温线；七根为六根电源线和一根定子绕组测温线。

所述电动机的绕组可以做成单层绕组，也可作成双层绕组。

所述机壳采用挤压模工艺制成的铝合金机壳。

采用上述技术方案的有益效果：该YDAX系列电动汽车用三相交流异步电动机通过控制器调频调压，替代汽油车的发动机，每个运行点都有多种运行方式，相对应有多种转速，所以要有一个最佳转速点，使电机的效率、功率因数在很宽的调速范围内都很高。电磁设计要考虑电机在整个频率范围内的工作状态，电磁参数的选取应使每个频率点的满足材料要求，电气性能满足额定要求。故采用低损耗冷轧硅钢板，以降低电机的铁耗，控制电磁负荷设计合理，使效率比普通高效电机高1～5％。为减少电机重量，增加功率体积比，机壳采用拉模工艺制成的铝合金机壳，具有效率高、电压低、重量轻的特点，如下表：采用相同冲片材质的电动车电机(铝合金机壳)与普通电机(铸铁机壳)部分参数对比如下：

  额定功率(kW)  极数 电压(V)  频率  (Hz)  效率  最大转矩  (N.m)  重量(kg)  铸铁机壳  18.5  6 380  50  90.5  378  290  铝合金机壳  18.5  6 216  200  92.84  84  74

一般工业用电机的细长比λ＝0.4～1.5，本电机细长比为1.3～6.0，由于电机细长，转子的转动惯量与圆周速度较小，但对于转速较高的汽车用电机是有利的。电动汽车用电机的额定频率一般在80～200Hz，因此相同容量的电机在设计时的体积要比普通电机小很多，只相当于同规格电机的1/2～1/3。为达到汽车发动机的高转矩性能，保证爬坡能力的要求，放大定、转子气隙至30～40％，采用槽配合36/28、36/33、54/44、72/64，转子槽形采用梨形圆底、梨形平底、凸形对称及凸形不对称槽形，且槽形不宜过深，运行结果转矩比相同规格的同类产品高10～40％，与汽油发动机相当，且耗电量小，调速范围在5～400Hz，最高转速达10000r/min。高速低转矩时效率高，低速高转矩时调速范围宽。电机三相绕组采用Y型接法，且为最大并联支路，宜于磁路对称、均匀，以降低电磁噪声。电动机为H级绝缘采用I B G T绝缘系统，定子线圈采用QP-2/200变频电机专用铜圆线，有绕组定子铁芯整体经二次真空浸漆处理，绕组和绝缘具有良好的电气、机械、防潮性能及热稳定性。电动机绕组端部设置定子绕组测温元件Pt100，通过外接配置仪表，在电动机运行中能监测定子绕组温度，以防绕组过热烧毁电动机。下表为YDAX10-410kW 200V 120Hz在不同工作点的设计值，其各点与变频控制器须有良好的匹配。

  工  作  频  率  Hz  标  称  电  压  V  标称  功率  kW  同步转  速  r/min  转差  率  ％  额定转  速  r/min  额定  转矩  N.m  堵转  转矩  N.m  最大  转矩  N.m  额定  电流  A  堵转  电流  A  效率  ％  功率  因数  空载  电流  A  空  载  损  耗  W  热负  荷  AJ1  15  38  1.1  450  11.4  399  26.3  73.4  75.1  37.1  125  67.3  0.67  51.3  721  1595  25  58  2  750  6.39  702  27.2  92  89.9  35.1  179  79.1  0.71  33.9  360  1427  35  81  3  1050  4.57  1002  28.6  104  102  35.6  222  83.7  0.72  30.4  331  1471  50  113  5  1500  3.65  1445  33  108  109  38.2  265  87.1  0.77  27.4  334  1690  70  138  6.43  2100  3.01  2037  30.1  72.7  83.9  35.4  247  89.8  0.85  17  240  1450  100  175  8.57  3000  2.45  2927  28  47.5  66.7  35.5  225  91.4  0.87  12.3  252  1462  120  200  10  3600  2.18  3522  27.1  39.3  61  35.8  216  92.1  0.88  11.2  278  1488  150  200  10  4500  2.25  4399  21.7  18.4  39.1  35.6  157  92.3  0.88  8.41  237  1473  180  200  10  5400  2.35  5273  18.1  9.85  27.5  36  121  92.2  0.87  6.99  216  1508  210  200  10  6300  2.49  6143  15.5  5.89  20.4  36.8  97.6  92.1  0.85  6.03  204  1575  240  200  10  7200  2.68  7007  13.6  3.83  15.7  38  81.8  91.7  0.83  5.34  199  1678

  工  作  频  率  Hz  标  称  电  压  V  标称  功率  kW  同步转  速  r/min  转差  率  ％  额定转  速  r/min  额定  转矩  N.m  堵转  转矩  N.m  最大  转矩  N.m  额定  电流  A  堵转  电流  A  效率  ％  功率  因数  空载  电流  A  空  载  损  耗  W  热负  荷  AJ1  270  200  10  8100  2.94  7862  12.1  2.7  12.5  39.6  71.4  91.2  0.8  4.81  195  1824

通过运用交流电机磁场分析和谐波分析，按照电动车用三相交流异步电动机的设计要求和设计方法生产制造的电机，与南京嘉远电动车船制造有限公司的电动汽车驱动系统及整车设计优化匹配，技术先进成熟，该系列电动机满足用户要求的电气性能指标，电动机运行安全可靠，转矩高，振动小，噪音低，温升裕度大，输出转矩与汽油发动机相当，完全满足电动汽车的需要。国内多家汽车制造企业研发的电动汽车都使用了我公司的电动机，且已配套整车出口多个国家和地区，工况运行情况良好，整体性能达到了国内先进水平。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为最大扭矩曲线图。

图3为转速效率曲线图。

图4为转速功率因数曲线图。

图5为转速堵转电流曲线图。

图6为接线方式原理图。

图7为另一种接线方式原理图。

具体实施方式

如图1所示的YDAX系列电动汽车用三相交流异步电动机具有机壳4、定子和转子，所述机壳4采用挤压模工艺制成的铸铝合金机壳，满足机座挤压模的分型要求。电动机细长比1.3～6.0，由于电机细长，转子的转动惯量与圆周速度较小，但对于转速较高的汽车用电机是有利的，电动汽车用电机的额定频率一般在80～200Hz，因此相同容量的电机在设计时的体积要比普通电机小很多，只相当于同规格电机的1/2～1/3。机壳上的散热片2采用垂直均匀分布机座圆周，出线口5位于机座后端，出线孔带螺纹，用挠性管联接，既可保护引出线，又可起防护作用。端盖均布的六搭子与机座均布的六搭子用紧固螺栓可靠联接。所述转子为双轴伸，主轴伸有圆柱轴伸1或圆锥形或花键轴伸，主轴伸靠联轴器与变速箱平键联接或花键联接，副轴伸3为圆形柱轴伸，所述电动机后轴伸输出安装增量型编码器，副轴伸与皮带轮联接用于驱动空调和发电机；导磁材料采用低损耗冷轧硅钢板，硅钢板的电磁负荷为定子齿磁密1.0～1.45T、定子轭磁密0.9～1.2T、转子齿磁密1.0～1.4T、转子轭磁密0.6～0.9T、气隙磁密0.5～0.65T、定子绕组电密3.0～5.5A/mm²、转子导条电密1.2～3.5A/mm²、线负荷180～280A/cm，使效率比普通高效电机高1～5％。定、转子气隙为现有气隙的1.3～1.4倍，槽配合采用36/28或36/33或54/44或72/64，转子槽形采用梨形圆底或梨形平底或凸形对称或凸形不对称槽形，且槽形不宜过深，采用短距绕组以提高变频电机的电磁性能。在工频起动时，最大转矩的设计裕度要达到用户要求的1.2倍以上，根据额定频率点以下A各相对应的功率、电压后，进行各点的磁路的要求，使之与变频器良好匹配，运行结果转矩比相同规格的同类产品高10～40％，与汽油发动机相当，且耗电量小，调速范围在5～400Hz，最高转速达10000r/min，如图2、3、4、5所示YDAX10-410kW 200V 120Hz的特性曲线图可以看出，高速低转矩时效率高，低速高转矩时调速范围宽。电机三相绕组采用最大并联支路的Y型接法，宜于磁路对称、均匀，以降低电磁噪声，所述电动机的绕组可以做成单层绕组，也可作成双层绕组。转子为鼠笼转子，采用热套工艺将铸铝转子固定在轴上，转子经校正平衡，采用SKF进口轴承及耐高温的特殊滑润脂，以延长使用寿命长。因此电动机运行平稳、振动小、噪声低。电动汽车用电机通过控制器供电，输入电流的高次谐波分量较高，其绝缘系统比正弦电压和电流供电时所承受的介电强度更高，低频低压下起动制动，使绝缘频繁处于循环交变应力作用，所以电机的绝缘H级并采用IB G T绝缘系统，定子线圈采用QZY-2/180聚脂亚胺漆包铜圆线或QP-2/200变频电机专用铜圆线，有绕组定子铁芯经真二次空浸漆处理，使之成为一个完整的整体，提高抗脉冲电压的能力，绕组和绝缘具有良好的电气、机械、防潮性能及热稳定性。电动机绕组端部设置定子绕组测温元件Pt100，通过外接配置仪表，在电动机运行中能监测定子绕组温度，以防绕组过热烧毁电动机。如图6、7所示，所述电动机引出线分为四根或七根，其中四根为三根电源线和一根定子绕组测温线；七根为六根电源线和一根定子绕组测温线。