目前國際上許多國家都制定了電動機的效率標準，從節(jié)約能源、保護環(huán)境角度而言，高效率電動機的使用和推廣也是必然的發(fā)展趨勢。為了使我公司的 Y 系列三相異步電動機能夠能順利地進入北美和歐洲市場，我們按美國 EPACT 高效標準設(shè)計了 YXJ 系列三相異步電動機。根據(jù)設(shè)計目標， YXJ 系列電機的總損耗將比老的 Y 系列電機下降 15 ％以上，效率平均提高 2.5 ％左右。對于一個系列設(shè)計的產(chǎn)品，由于功率和極數(shù)的不同，各個規(guī)格電機的鐵耗、定子銅耗、轉(zhuǎn)子鋁耗、附件（雜散）損耗及機械損耗這五部分損耗各占總損耗的比例也不盡相同，因此我們在設(shè)法降低每個規(guī)格電機的總損耗時，根據(jù)各部分損耗的分配比例，采取了一些相應(yīng)的設(shè)計措施：
1．定、轉(zhuǎn)子沖片的設(shè)計
1．1定子沖片外徑的選擇
在電磁設(shè)計上，如有效材料用量相同，假定鐵芯磁負荷不變，當定子沖片外徑增大時，鐵芯長度可縮短，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度與直線部分長度的比例而定。計算表明，對小功率三相異步電動機的 2 極電機，由于沖片外徑放大后端部較長，總的繞組損耗增大，使效率下降；對于 4 極電機，外徑的變化對效率影響不大；對 6 極電機，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，因此對于不同極數(shù)的電機，外徑對效率的影響是不同的。考慮到每個機座2、4、6 極定子沖片的外徑必須相同，且 YXJ 系列電機定子沖片外徑的變化必然使原 Y 系列電機的部分結(jié)構(gòu)零部件、工裝夾具與新的系列不能通用，使工廠管理復雜，影響電機成本和加工周期，另外對新的系列產(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 系列電機只有通過增加有效材料降低電磁負荷以減少電機的損耗。
1．2 轉(zhuǎn)子槽形的選擇
在我們的 Y 系列電機中，轉(zhuǎn)子采用了圓底槽結(jié)構(gòu)，這樣對我們機座較小的小功率電動機而言不僅可延長沖模壽命，而且加強了轉(zhuǎn)子齒部的機械強度，因此 YXJ 系列電機的轉(zhuǎn)子槽形也采用了該結(jié)構(gòu)。考慮到不同機座對轉(zhuǎn)子直徑的約束，我們在 71 及以下機座采用傳統(tǒng)的平行齒半閉口槽， 80 及以上機座中則采用深槽結(jié)構(gòu)，槽面積較大，通過擠流效應(yīng)使運行漏抗較小而起動漏抗較大，這樣既有利于維持較高的力能指標，又能獲得較好的起動性能。
2.關(guān)鍵材料的選擇
2．1高導磁、低損耗導磁材料的選擇
為了有效地降低電機的鐵耗，在不過多增加電機有效材料的條件下，除了適當增加鐵芯材料外，選用性能較好，價格適宜的導磁材料也是一個有效的措施。
綜合考慮導磁材料的磁密與比鐵損值的性能以及價格，采用 DR450 和 DR420 的導磁材料是比較適宜的。
對于機座號較小的電機，定轉(zhuǎn)子銅耗之和占電機總損耗的絕大部分，鐵耗所占的比例相對較少，因此擬采用 DR450 導磁材料；對于機座號較大的電機，鐵耗占電機總損耗的比例相對較大，宜采用 DR420 導磁材料，雖 DR420 比 DR450 貴 18.2% ，但 P10/50 可下降 6.7% ，對于降低電機鐵耗是有利的，同時鐵耗的降低，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，今后隨著該電機產(chǎn)量的提高和冷軋材料價格的穩(wěn)定，我們也可以選擇性能比較接近的 B50A600 冷軋導磁材料 來取代熱軋 導磁材料。
2．2 導電材料
為了便于 YXJ 系列電機在全球市場的銷售，該電機采用了 F 級絕緣，因此電磁線采用 QZ （ G ） -2 型高強度改性聚酯漆包圓銅線。漆膜雙面厚度計算時取 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合絕緣材料 (DMD)6641 ，其厚度為： 71 號及以下機座為 0.25mm ； 80 號及以上機座為 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，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)計參數(shù)的選擇
3．1 槽配合的選擇
Y 系列電機的性能表明，所采用的槽配合對降低雜散損耗和電機溫升起了一定作用。鑒于高效率電機主要使用于長期連續(xù)運行的場合，如風機、水泵等，其起動轉(zhuǎn)矩要求可稍低于 Y 系列電動機，這不僅是實際運行的需要，而且也有利了提高電機的效率。但是電動機起動轉(zhuǎn)距的降低，有可能會影響高效率電機某些規(guī)格起動過程中最小轉(zhuǎn)矩的大小，因此在高效率電機中某些規(guī)格槽配合擬作一些調(diào)整。同時適當增加定轉(zhuǎn)子槽數(shù)也有助于降低電機齒諧波所產(chǎn)生的雜散損耗和電磁噪聲以及為小機座六極電機的繞組分布創(chuàng)造有利條件。
YXJ 系列電機槽配合的選擇是結(jié)合高效率電機本身的特點，對于 2 極電機和 80 及以下小機座的 4 極電機，我們沒有改變槽配合；對于 6 極和 80 機座以上機座的 4 極電機，雖然定轉(zhuǎn)子槽數(shù)增加，使沖片沖制和繞組下線工時增加，電機成本也有所增加，但考慮到這對提高電機效率，改善起動性能和降低電機噪聲等方面有好處，故在這次 YXJ 系列電機的試制中對原來某些 Y 系列的電機槽配合進行了改進，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 系列電機機座較小，為便于繞組下線，選擇單層繞組最為方便。所以 2 極 24 槽電機我們均采用交叉同心式三相繞組排列形式； 4 極 24 槽電機我們均采用三相同心式蔗極接法繞組； 4 極 36 槽電機我們采用三相交叉鏈式繞組，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節(jié)距，因此有益于減少繞組端部銅耗； 6 極 36 槽電機我們均采用三相交叉鏈式繞組。
3．3 磁 負荷的控制
經(jīng) CAD （計算機輔助設(shè)計）多方案的分析和對比，在滿足電機性能的前提下，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，使電機性能比較穩(wěn)定，且為電壓波動留有裕量。另外，小機座定子軛部磁密受扣片槽和機座的影響較大，為了避免過高的鐵耗，其磁密更應(yīng)控制在相對較低的數(shù)值上。
3.4 轉(zhuǎn)子斜槽和端環(huán)的設(shè)計
為了消除或減少由齒諧波產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩，我們原則上規(guī)定轉(zhuǎn)子槽需斜過一個定子齒距，以獲得良好的起動性能和較低的電磁噪聲。
為了減少模具的投入，我們在機座較小的電機上采用了 Y 系列電機的轉(zhuǎn)子沖片，通過放大轉(zhuǎn)子端環(huán)，我們同樣達到減少轉(zhuǎn)子電阻、提高電機設(shè)計效率的目的。為了避免可能產(chǎn)生的最小轉(zhuǎn)矩問題，我們相應(yīng)調(diào)整了部分電機的轉(zhuǎn)子斜槽，取得了良好的效果。
3.5 加（雜散）損耗設(shè)計值的確定
根據(jù) Y 系列電機的設(shè)計經(jīng)驗，我們將 YXJ 系列電機的附加（雜散）損耗設(shè)計值確定為：
2 極— 2.5%P 1
4 極— 2.4%P 1
6 極— 2.0%P 1
P 1 為電動機輸入功率
3.6 機械損耗的確定
�。�1）風摩耗的確定
由于電機效率的提高，熱負荷的降低，在同樣的散熱條件下，可減小電機的風扇風量、從而減小電機的通風損耗。根據(jù)我公司 Y 系列電機所進行的風扇對電機溫升影響的試驗結(jié)果，我們決定減小 YXJ 系列電機的風葉尺寸，尤其是 2 極電機，并初步確定了每個機座在不同極數(shù)的電機風磨耗。本次高效率電機試制表明， YXJ 系列電機的風磨耗平均比 Y 系列下降 35%~45% 左右，電機溫升仍能滿足設(shè)計要求。
（2）值得注意的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計問題
由于 YXJ 系列電機的防護等級需要達到 IP55 ，因此我們在電機的前后端蓋上設(shè)計了密封圈，在第一輪試樣時發(fā)現(xiàn)部分電機的效率測試結(jié)果與設(shè)計目標差異較大，后通過試驗發(fā)現(xiàn)，如果密封圈和轉(zhuǎn)軸配合尺寸設(shè)計不當或裝配不合理，其對電機效率的影響很大，最多可達 3%~4% ，最后我們重新設(shè)計了密封圈的結(jié)構(gòu)并改進了它與出軸的配合尺寸，結(jié)果既減少了對電機效率的影響，又達到了電機的防護要求。
通過這次 YXJ 系列高效三相小功率異步電動機的試制和分析，將有助于我們更好的研制和發(fā)展高效率電動機，也為我公司的產(chǎn)品達到國家標準《中小型三相異步電動機能效限定值及節(jié)能評價值》（ GB18613-2002 ）奠定了很好的基礎(chǔ)。
