目前國(guó)際上許多國(guó)家都制定了電動(dòng)機(jī)的效率標(biāo)準(zhǔn)，從節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境角度而言，高效率電動(dòng)機(jī)的使用和推廣也是必然的發(fā)展趨勢(shì)。為了使我公司的 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)能夠能順利地進(jìn)入北美和歐洲市場(chǎng)，我們按美國(guó) EPACT 高效標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了 YXJ 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)， YXJ 系列電機(jī)的總損耗將比老的 Y 系列電機(jī)下降 15 ％以上，效率平均提高 2.5 ％左右。對(duì)于一個(gè)系列設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，由于功率和極數(shù)的不同，各個(gè)規(guī)格電機(jī)的鐵耗、定子銅耗、轉(zhuǎn)子鋁耗、附件（雜散）損耗及機(jī)械損耗這五部分損耗各占總損耗的比例也不盡相同，因此我們?cè)谠O(shè)法降低每個(gè)規(guī)格電機(jī)的總損耗時(shí)，根據(jù)各部分損耗的分配比例，采取了一些相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施：
1．定、轉(zhuǎn)子沖片的設(shè)計(jì)
1．1定子沖片外徑的選擇
在電磁設(shè)計(jì)上，如有效材料用量相同，假定鐵芯磁負(fù)荷不變，當(dāng)定子沖片外徑增大時(shí)，鐵芯長(zhǎng)度可縮短，使鐵耗基本不變。但定子繞組直線部分的損耗變化要視繞組端部長(zhǎng)度與直線部分長(zhǎng)度的比例而定。計(jì)算表明，對(duì)小功率三相異步電動(dòng)機(jī)的 2 極電機(jī)，由于沖片外徑放大后端部較長(zhǎng)，總的繞組損耗增大，使效率下降；對(duì)于 4 極電機(jī)，外徑的變化對(duì)效率影響不大；對(duì) 6 極電機(jī)，由于端部較短，沖片外徑放大后總的繞組損耗有所下降，效率有所提高，因此對(duì)于不同極數(shù)的電機(jī)，外徑對(duì)效率的影響是不同的�？紤]到每個(gè)機(jī)座2、4、6 極定子沖片的外徑必須相同，且 YXJ 系列電機(jī)定子沖片外徑的變化必然使原 Y 系列電機(jī)的部分結(jié)構(gòu)零部件、工裝夾具與新的系列不能通用，使工廠管理復(fù)雜，影響電機(jī)成本和加工周期，另外對(duì)新的系列產(chǎn)品來說，定子沖片外徑的變化也必須投入大量模具，從而提高制造成本，所以我們決定定子沖片外徑保持不變。這樣 YXJ 系列電機(jī)只有通過增加有效材料降低電磁負(fù)荷以減少電機(jī)的損耗。
1．2 轉(zhuǎn)子槽形的選擇
在我們的 Y 系列電機(jī)中，轉(zhuǎn)子采用了圓底槽結(jié)構(gòu)，這樣對(duì)我們機(jī)座較小的小功率電動(dòng)機(jī)而言不僅可延長(zhǎng)沖模壽命，而且加強(qiáng)了轉(zhuǎn)子齒部的機(jī)械強(qiáng)度，因此 YXJ 系列電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形也采用了該結(jié)構(gòu)�？紤]到不同機(jī)座對(duì)轉(zhuǎn)子直徑的約束，我們?cè)?/SPAN> 71 及以下機(jī)座采用傳統(tǒng)的平行齒半閉口槽， 80 及以上機(jī)座中則采用深槽結(jié)構(gòu)，槽面積較大，通過擠流效應(yīng)使運(yùn)行漏抗較小而起動(dòng)漏抗較大，這樣既有利于維持較高的力能指標(biāo)，又能獲得較好的起動(dòng)性能。
2.關(guān)鍵材料的選擇
2．1高導(dǎo)磁、低損耗導(dǎo)磁材料的選擇
為了有效地降低電機(jī)的鐵耗，在不過多增加電機(jī)有效材料的條件下，除了適當(dāng)增加鐵芯材料外，選用性能較好，價(jià)格適宜的導(dǎo)磁材料也是一個(gè)有效的措施。
綜合考慮導(dǎo)磁材料的磁密與比鐵損值的性能以及價(jià)格，采用 DR450 和 DR420 的導(dǎo)磁材料是比較適宜的。
對(duì)于機(jī)座號(hào)較小的電機(jī)，定轉(zhuǎn)子銅耗之和占電機(jī)總損耗的絕大部分，鐵耗所占的比例相對(duì)較少，因此擬采用 DR450 導(dǎo)磁材料；對(duì)于機(jī)座號(hào)較大的電機(jī)，鐵耗占電機(jī)總損耗的比例相對(duì)較大，宜采用 DR420 導(dǎo)磁材料，雖 DR420 比 DR450 貴 18.2% ，但 P10/50 可下降 6.7% ，對(duì)于降低電機(jī)鐵耗是有利的，同時(shí)鐵耗的降低，也相應(yīng)使定子銅耗、轉(zhuǎn)子鋁耗以及雜散損耗有所下降。
由于國(guó)家已經(jīng)推廣采用冷軋硅鋼片（即“以冷代熱”）的產(chǎn)業(yè)政策，今后隨著該電機(jī)產(chǎn)量的提高和冷軋材料價(jià)格的穩(wěn)定，我們也可以選擇性能比較接近的 B50A600 冷軋導(dǎo)磁材料 來取代熱軋 導(dǎo)磁材料。
2．2 導(dǎo)電材料
為了便于 YXJ 系列電機(jī)在全球市場(chǎng)的銷售，該電機(jī)采用了 F 級(jí)絕緣，因此電磁線采用 QZ （ G ） -2 型高強(qiáng)度改性聚酯漆包圓銅線。漆膜雙面厚度計(jì)算時(shí)取 0.06 。
2．3 槽絕緣、槽楔厚度及槽滿率
(1)槽絕緣采用聚酯薄膜聚酯纖維無織布柔軟復(fù)合絕緣材料 (DMD)6641 ，其厚度為： 71 號(hào)及以下機(jī)座為 0.25mm ； 80 號(hào)及以上機(jī)座為 0.3mm 。
(2) 槽楔采用 3240 環(huán) 氧酚醛 層壓玻璃布板，厚度為 1.5mm 。
�。�3）槽滿率：槽滿率高可降低有效材料的消耗，但增加了下線困難和嵌線工時(shí)，槽滿率過高還可能增加繞組絕緣的破壓率；而滿槽率過低，不僅要增加材料的消耗，而且不利于電機(jī)散熱。經(jīng)綜合考慮，槽滿率一般控制在 80% 內(nèi)。
3 ．電磁設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇
3．1 槽配合的選擇
Y 系列電機(jī)的性能表明，所采用的槽配合對(duì)降低雜散損耗和電機(jī)溫升起了一定作用。鑒于高效率電機(jī)主要使用于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合，如風(fēng)機(jī)、水泵等，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求可稍低于 Y 系列電動(dòng)機(jī)，這不僅是實(shí)際運(yùn)行的需要，而且也有利了提高電機(jī)的效率。但是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)距的降低，有可能會(huì)影響高效率電機(jī)某些規(guī)格起動(dòng)過程中最小轉(zhuǎn)矩的大小，因此在高效率電機(jī)中某些規(guī)格槽配合擬作一些調(diào)整。同時(shí)適當(dāng)增加定轉(zhuǎn)子槽數(shù)也有助于降低電機(jī)齒諧波所產(chǎn)生的雜散損耗和電磁噪聲以及為小機(jī)座六極電機(jī)的繞組分布創(chuàng)造有利條件。
YXJ 系列電機(jī)槽配合的選擇是結(jié)合高效率電機(jī)本身的特點(diǎn)，對(duì)于 2 極電機(jī)和 80 及以下小機(jī)座的 4 極電機(jī)，我們沒有改變槽配合；對(duì)于 6 極和 80 機(jī)座以上機(jī)座的 4 極電機(jī)，雖然定轉(zhuǎn)子槽數(shù)增加，使沖片沖制和繞組下線工時(shí)增加，電機(jī)成本也有所增加，但考慮到這對(duì)提高電機(jī)效率，改善起動(dòng)性能和降低電機(jī)噪聲等方面有好處，故在這次 YXJ 系列電機(jī)的試制中對(duì)原來某些 Y 系列的電機(jī)槽配合進(jìn)行了改進(jìn)，最終取得了良好的效果。
3．2 定子繞組形式的選擇
定子繞組一般有單層、雙層、單雙層、散布及正弦繞組等五種形式，由于我們開發(fā)的 YXJ 系列電機(jī)機(jī)座較小，為便于繞組下線，選擇單層繞組最為方便。所以 2 極 24 槽電機(jī)我們均采用交叉同心式三相繞組排列形式； 4 極 24 槽電機(jī)我們均采用三相同心式蔗極接法繞組； 4 極 36 槽電機(jī)我們采用三相交叉鏈?zhǔn)嚼@組，它比我們傳統(tǒng)采用的三相同心式蔗極接法繞組可減少一個(gè)節(jié)距，因此有益于減少繞組端部銅耗； 6 極 36 槽電機(jī)我們均采用三相交叉鏈?zhǔn)嚼@組。
3．3 磁 負(fù)荷的控制
經(jīng) CAD （計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）多方案的分析和對(duì)比，在滿足電機(jī)性能的前提下，應(yīng)充分利用有效材料，但磁密的選用不宜過高，盡量避免使用磁化曲線中過飽和部分，使電機(jī)性能比較穩(wěn)定，且為電壓波動(dòng)留有裕量。另外，小機(jī)座定子軛部磁密受扣片槽和機(jī)座的影響較大，為了避免過高的鐵耗，其磁密更應(yīng)控制在相對(duì)較低的數(shù)值上。
3.4 轉(zhuǎn)子斜槽和端環(huán)的設(shè)計(jì)
為了消除或減少由齒諧波產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩，我們?cè)瓌t上規(guī)定轉(zhuǎn)子槽需斜過一個(gè)定子齒距，以獲得良好的起動(dòng)性能和較低的電磁噪聲。
為了減少模具的投入，我們?cè)跈C(jī)座較小的電機(jī)上采用了 Y 系列電機(jī)的轉(zhuǎn)子沖片，通過放大轉(zhuǎn)子端環(huán)，我們同樣達(dá)到減少轉(zhuǎn)子電阻、提高電機(jī)設(shè)計(jì)效率的目的。為了避免可能產(chǎn)生的最小轉(zhuǎn)矩問題，我們相應(yīng)調(diào)整了部分電機(jī)的轉(zhuǎn)子斜槽，取得了良好的效果。
3.5 加（雜散）損耗設(shè)計(jì)值的確定
根據(jù) Y 系列電機(jī)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我們將 YXJ 系列電機(jī)的附加（雜散）損耗設(shè)計(jì)值確定為：
2 極— 2.5%P 1
4 極— 2.4%P 1
6 極— 2.0%P 1
P 1 為電動(dòng)機(jī)輸入功率
3.6 機(jī)械損耗的確定
（1）風(fēng)摩耗的確定
由于電機(jī)效率的提高，熱負(fù)荷的降低，在同樣的散熱條件下，可減小電機(jī)的風(fēng)扇風(fēng)量、從而減小電機(jī)的通風(fēng)損耗。根據(jù)我公司 Y 系列電機(jī)所進(jìn)行的風(fēng)扇對(duì)電機(jī)溫升影響的試驗(yàn)結(jié)果，我們決定減小 YXJ 系列電機(jī)的風(fēng)葉尺寸，尤其是 2 極電機(jī)，并初步確定了每個(gè)機(jī)座在不同極數(shù)的電機(jī)風(fēng)磨耗。本次高效率電機(jī)試制表明， YXJ 系列電機(jī)的風(fēng)磨耗平均比 Y 系列下降 35%~45% 左右，電機(jī)溫升仍能滿足設(shè)計(jì)要求。
（2）值得注意的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題
由于 YXJ 系列電機(jī)的防護(hù)等級(jí)需要達(dá)到 IP55 ，因此我們?cè)陔姍C(jī)的前后端蓋上設(shè)計(jì)了密封圈，在第一輪試樣時(shí)發(fā)現(xiàn)部分電機(jī)的效率測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)目標(biāo)差異較大，后通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果密封圈和轉(zhuǎn)軸配合尺寸設(shè)計(jì)不當(dāng)或裝配不合理，其對(duì)電機(jī)效率的影響很大，最多可達(dá) 3%~4% ，最后我們重新設(shè)計(jì)了密封圈的結(jié)構(gòu)并改進(jìn)了它與出軸的配合尺寸，結(jié)果既減少了對(duì)電機(jī)效率的影響，又達(dá)到了電機(jī)的防護(hù)要求。
通過這次 YXJ 系列高效三相小功率異步電動(dòng)機(jī)的試制和分析，將有助于我們更好的研制和發(fā)展高效率電動(dòng)機(jī)，也為我公司的產(chǎn)品達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》（ GB18613-2002 ）奠定了很好的基礎(chǔ)。
