由忠磊
日本电产（东莞）有限公司
摘要：随着电子、机械技术的不断发展，我国的中小型电机技术水平也在不断的提升。为了适应社会发展的需要，中小型电机应在结构设计上面不断优化，本文主要围绕中小型电机结构设计特点、目前我国在中小型电机结构设计中存在的不足进行研究，探讨完善中小型电机结构设计的具体方式。为我国的电机研发行业提供丰富的理论基矗
关键词：国产；中小型电机；结构设计；改革
一、中小型电机的相关技术要点
我国的中小型电机经过不断的发展，逐步形成了Y1、Y2、Y3三个相对比较成熟的系列产品，这三个系列的中小型电机有着良好的性能，并且成本较低，在许多领域的驱动设备中都有着广泛的应用，但是在通风散热等方面，还存在明显的不足。
从电机的结构来看，电机实际上是一个热交换器，导致它发热的因素很多，主要包括定子铁耗、定子铜耗、转子铝耗、摩擦耗、杂散耗等几个方面，这些方式在损耗程度上存在着差异，实际产生的位置也不同，因此，要对电机进行全面散热实际上是很难实现的。由于热量在电机内部相互辐射影响，使得电机必须在风耗允许的情况下，尽可能有足够的风压，保证内部的空气畅通，带走运行产生的热量。电机通常会选取热阻性较低的材料，通过对内部关键零件进行合理布局，使得电机在运行工作中能够达到良好的散热效果。
在对Y1系列电机进行分析的过程中，为了方便观察，我们将电机的外壳换成了透明的有机玻璃风罩，并在风罩的外面安装了面纱条，通过这种方式，电机在运行的过程中，能够以烟雾的形式代替里面的空气，根据电机产生烟雾的流动情况，并结合温度计对电机各部分的测量结果，我们可以发现，电机在设计中存在着明显的不足。
二、目前我国中小型电机结构中存在的不足
（一）风扇与风罩设计不合理
通过大进风口的风罩和内单盆小直径的风扇相互配合，电机的四、六、八极都是通用的。从运转情况来看，如果超出了风扇直径的外圈烟雾进入风罩后，会得不到风叶的离心力，而小于风扇直径的内圈烟雾在进入风罩之后，可以获得足够的风叶离心力。但是上升之后就会离开风叶，不能继续得到风叶的离心力，因此，产生的气流就不能产生较高的风压，实际的散热情况也就大大降低。
由于电机内部的风扇与风罩之间存在一个较大的空腔，电机产生的烟雾在空腔中往往会形成一个旋转式的气流，两股气流的角度变成了直角，因此，在一定程度上削弱了吹向前方的风能，并且会产生吹向后方的气流，导致电机内部出现了一个气流循环，严重影响了电机的有效散热。
因为电机的风扇是一个内单盆，它在电机的内部遮挡了烟雾吹向后面的散热面积，使得电机丧失了最有效的散热点，并且增加了内部气流的阻力。
（二）前后端盖设计不合理
通常情况下，电机的后端盖是光面，只有前端有盖子，并且没有配套的散热筋，这种情况不仅减小了电机的散热面积，同时因为受到端盖子的阻挡，电机内部风力不均匀，使得电机散热不均，各部位存在很大的温差。
由于机座上配备的散热筋长度较短，并且配套的风罩也短，散热筋与风罩之间存在一个空腔，没有被有效的盖祝因此，从风罩中产生的气流会受到离心力的作用向电机内部进行扩散，这样会形成一个锥形喇叭状的扩散面，并且大部分的气流没有吹向机座散热筋，额外增加了产生的风耗，使得散热效果很不理想。
（三）电机内部存在空腔
电机机座中由于铁心前后端空腔内存在一定的气隙流通，不能形成气流循环，但是电机前端空腔因为散热条件不理想，同时加上前端盖轴承负载较大，使得电机在运行过程中，产生较大的摩擦损耗，温度远远高于后端。
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通常情况下，电机的前端盖也是光面的，并且也没有安装散热筋，电机前端盖在与轴承的连接处是个平面，由于平面的强度不高，非常容易产生振动和噪音。电机转子风叶两端是相等的，有的风叶会设计的过长，不仅起不到很好的散热作用，并且还在一定程度上增加了风耗。
经过实验分析，我国的电机在关键零部件的布置上存在缺陷，并且散热效果不理想，因此消耗的能量过多，同时由于电机的结构设计不合理，内部的通风口实际上并没有发挥作用，电机某些部位的温度会超高安全范围，不仅很难实现环保节能，并且也会慢慢失去市场竞争力。
三、国内中小型电机的结构改进措施
（一）畅通内部气流流动
针对目前国内中小型电机存在的不足，在进行结构设计中，应当充分考虑这些因素，通过优化结构，提高电机的整体性能。在电机的风罩中增加一个揽风圈，揽风圈可以有效的将原来大进口通过的气流在小的风阻下压缩成小进口气流，使得进入风扇内圈的气流，在经过风叶时能够获得较大的离心力，有效的增加电机内部的风压，加大气流的流量。将电机的风罩尺寸设计的长一些，这样能够盖住机座上放长的阶梯散热筋，通过这种方式，能够有效防止电机内部气流形成锥形喇叭口扩散，从而大大增强电机的散热效果。
（二）优化风扇设置
把内单盆风扇改为内外双盆风扇，并加大风叶直径，用外盆阻止产生旋转气流，并把气流转弯导向端盖和机座上的散热筋，这样能防止风耗功率，提高散热效果。在风扇内盆上开孔再增加若干小风叶，把气流引向后端盖上的散热筋，以提高散热效果。在后端盖加上与机座散热筋同等数量的短散热筋，同时在平面上增加若干小凹沟以增加散热面积，这样不仅能增加散热效果，防止因端盖搭子阻挡而产生的大小不均匀气流，还能加强与轴承挡连接的强度，减少振动噪音。把机座上所有阻挡气流前进的如出线盒、端盖搭子、底脚等实心挡子都改为将机座前空腔和后空腔贯通的槽子，再加上若干均匀槽。当机座内气流形成内循环后，可使一大部分原来温度不均匀地方相对变得均匀些，还因散热筋上热阻减少，散热面积变大，使散热效果大大提高。另外因机座增加许多凸槽使原来薄壁圆筒强度不高的情况有改善。
（三）增加通过风口数量
在转子铁心接近转轴孔处冲出一些通风孔与机座壁上的通风槽形成循环通路，当转子旋转后，利用削短了的前转子风叶和在转子后风叶前加一档风圈所形成的前后压力差，把机座内的气流沿着通路形成内循环，将机座前后左右各处温度混合调整吹向机座壁上的散热筋，达到散热的效果。
电动机软启动的最大电流应当大于建立转速的初始数据，这样电机在运行过程中就能够保持最佳的电流量。电机经过优化设计后，启动电源，并对电机进行限流处理，有效降低了启动过程中对电机整体的影响，不仅增加了散热效果，同时延长了电机的使用寿命，在对电机进行保护断开时，相关的设定值也会根据使用情况进行降低，快速断开设定值的减小，在一定程度上增加了电机保护装置的灵敏度。
四、结语
随着科学技术的不断发生，我国的机械行业对电机的要求也越来越高，为了提升我国电机的自主研发能力，在激烈的国际市场中占据一席之地，我国的电机行业必须根据目前的电机领域的发展情况和实现需要，分析国产中小型电机结构设计方面存在的不足，通过科学合理的设计，改进电机内部的结构，增强电机的散热效果，并且保证电机能够平稳运行。国产电机的结构改革有着重要的意义，因此需要国内电机行业不断提升技术水平，实现电机研发生产领域的快速发展。
参考文献：
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[2]倪寅坤. 无轴承永磁薄片电机结构设计与数字控制研究[D].江苏大学,2016.
[3]张晓晨. 永磁容错电机结构设计与仿真[D].大连海事大学,2017.
论文作者:由忠磊
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/19
标签：电机论文; 气流论文; 机座论文; 空腔论文; 结构设计论文; 风扇论文; 风叶论文; 《中国西部科技》2019年第12期论文;