CN87102564A

CN87102564A - 三相感应电动机

Info

Publication number: CN87102564A
Application number: CN87102564.7A
Authority: CN
Inventors: 冈本清知; 饭岛博; 远藤哲男; 宫本由纪夫
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-04-01
Filing date: 1987-04-01
Publication date: 1987-10-14
Also published as: JPS62233048A; EP0239988A3; EP0239988B1; EP0239988A2; DE3771365D1; CN1012546B; US4868438A

Abstract

一种三相感应电动机受到一项防范措施用来消除引起一转矩波动的那个次数的谐波分量，该谐波分量是产生于一定子铁心和一转子铁心之间气隙内的一磁通所包含的多个谐波分量中之一个。在三相感应电动机中，转子导体槽被倾斜一个2π/n电角度(式中n是要被消除的那个谐波分量的次数)。以及另外通过确定绕组节距，极数，相数和非整数的每极每相槽数的关系，选择定子铁心槽数N。

Description

本发明涉及一种三相感应电动机，更明确的说，是涉及一种具有比较低功率（例如1kw以下的功率输出）的三相感应电动机，这种电动机可以有很平稳的转矩，而被用作一种伺服电动机。

感应电动机结构简单，价格低廉、耐久性好，因而在许多工业领域被广泛地用作一种近乎恒速的原动机。可是近年来，当它和一种高速微处理机或一种高速半导体开关元件一起使用时，利用一种新的控制技术，例如“矢量控制感应电动机拖动”，一般作为大范围变速电动机，例如伺服电动机的强大潜势已经显现。

在三相感应电动机中，产生于一定子（原绕组）铁心和一转子（副绕组）铁心之间气隙的磁通（下文称为“气隙磁通”）包含各种谐分量（例如5次、7次、11次、13次、17次……谐分量），因而产生磁通变化。由于，谐分量（尤其是5次和7次谐波分量）起着不利影响以致产生一种转矩波动（一种转矩忽大忽小的现象）。为了消除转矩波动，通常将转子铁心的导体槽制成斜槽。

基于偏斜能调匀气隙磁通的原理，按照常规如图1中所示，偏斜是产生在定子的一个槽距之间的。图1中参考数字1表示一定子铁心;2表示定子槽;3表示一转子铁心;4表示斜导体槽;以及5表示嵌入导体槽4内的转子条（副电路）。图1是一个展开的视图，图中已将圆形定子和转子展开。

用这种布置，槽2和导体槽4彼此互不完全相对，而且定子和转子之间总是形成一磁通通道。因此，气隙内的磁通变化变小，定子槽引起的转矩波动也随之减小。

另一方面，为了减少气隙磁通本身的变化，增加配置在定子上的槽数，或使槽口缩小。

如上所述，已经采取了各种防范措施来防止转矩波动。可是，由于防范措施都没有直接对引起转矩波动的谐分量起作用，就不能彻底地消除转矩波动。

例如，当转子的导体槽按常规地倾斜，可以消除比较高次（例如，11次以上）谐分量。可是，例如起着主要不良影响的5次和7次谐波却不能被消除而常常产生转矩波动。

此外，一种增加定子槽数来平稳转矩的方法对于一大尺寸的电动机是可行而有效的。可是，就小尺寸电动机来说，由于制造条件限制，槽数不可能大量地增加。

而且，一种缩小槽口的方法会引导制造工序复杂，因此只能被一有限的领域的电动机所采用。

因此，本发明的一个目的是提供一种三相感应电动机，这种电动机利用很简单的制造工序就能制造，产生的转矩波动比较小以及具有一伺服电动机的特征。

根据本发明的三相感应电动机，为了消除包含在气隙中并引起转矩波动的，起着主要有害作用的n次（例如7次）谐分量，转子铁心的导体槽倾斜一个2π/n电角度（式中n是要被消除的谐波分量的次数）。

当采用本发明的一种方法时，包含在气隙磁通中的，起着主要有害作用的那些次数的谐分量就被消去了。也就是，如果把转子铁心的导体槽倾斜2π/n电角度，即磁极之间极距的2/n，由n次谐分量感应在一个转子条（副电路）中的电压向量具有相反的方向而彼此抵消，以致不能再提供一n次谐波分量电流。

利用上述转子导体槽的倾斜，转矩波动大为减小，但是，尚未消除的那种次数的谐波分量（例如5次谐波分量）引起的转矩波动不时地继续出现而提出了一个问题，对于这个问题可借助选择定子铁心槽数的方法采取防范措施。

图1是一个表示具有普通感应电动机斜槽的转子和定子之间关系的示意图;

图2是一个根据本发明的一实施例的示意图;以及

图3（a）至3（c）是表示可以连同本发明使用的消除谐分量转矩的一种方法的示意图。

参照附图，现在就详细地描述本发明的一个实施例。

图2是一个示意图，用来说明本发明的一个实施例以及表示转子导体槽的倾斜和气隙磁通波形之间的关系。图2表示消除包含在气隙磁通中的7次谐波分量干扰的情况，并且参考一个2极电动机来作描述。

图2中，参考数字6表示一气隙磁通的基波波形;而数字7表示其7次谐波分量波形。参考符号L表示一磁极极距;以及W表示一转子铁心宽度。磁极极距L是基波波形6的周期宽度一半，对于一个2极电动机来说，由于电角度等于机械角度，磁极极距L为π。如图2中所示，假定谐分量的次数是n（由于在这个实施例中，正在讨论的是7次谐波，既然这样n＝7），转子铁心3的导体槽4倾斜一个谐分量周期，即电角度的2π/n。

因此，例如埋入导体槽4内的转子条（副电路）5的点P1和P2上感应产生n次（7次）谐分量电压，该感应电压矢量具有箭头所示的方向和大小。因而转子条5上的n次（7次）谐分量电流被抵销，所以也不能再提供n次（7次）谐波分量电流。也就是说，在一个具有以上布置的转子的感应电动机中，n次谐分量不能产生转矩波动。

要注意的是在以上实施例中，已经参照谐分量次数n＝7的情况作了描述。可是，本发明并不限于这个实施例，n的数值可以通过选择那些有较大影响而要消除的谐分量来确定。例如，一个需要消除的谐分量可以从5次，7次，11次，13次，17次……谐波分量中选出。而且，本发明不论电动机极数多少都能适用，例如2极，4极或6极电动机。

减少转矩波动的另一项防范措施是一种选择定子铁心槽数的方法。本发明人已在日本专利申请No.61-1884〔对应的美国专利No.000588（1987年1月6日）〕和对应的欧洲专利申请No.83100093.1（1987年1月7日）中，公开了这种方法。

下面就描述这种方法。

定子铁心槽数N由以下公式确定：

N＝（磁极数l）×（相数m）×（每相每极槽数q），

并且每极每相槽数选择为一个非整数。

此外，假设具有较大影响因而要被消除的谐分量的次数为r，定子的一个绕组节距s按照以下公式选定：

s＝（r-t）/r（对于分数节距绕组情况）;或

s＝r/（r+t）（对于长节距绕组情况）

式中t是一个奇数。

确定槽数N以满足以上关系式和得到一三相对称绕组。

图3（a）至3（c）是用于解释选择定子铁心槽数的防范措施的图。图3（a）至3（c）表示消除5次谐波分量影响的情况，并且定子铁心的槽数N是一最小值以便在一个小尺寸的感应电动机内实现谐波的消除。

更准确地说，在图3（a）至3（c）所示的情况中，极数l＝2，相数m＝3，每极每相槽数q＝2.5（非整数），槽数N＝2×3×2.5＝15，以及定子绕组节距t＝1（一分数节距绕组）。

图3（a）是一个定子槽的展开图;图3（b）表示一基波和一要被消除的5次谐波分量的磁通分布图;而图3（c）表示一定子转组以说明一节距和线槽位置之间的关系。注意参考数字8表示一基波;以及9表示5次谐分量。

这个例子表示其中要被消除的谐分量的次数r＝5，和定子绕组节距s＝（r-1）/r＝4/5＝0.8的情况。也就是每极槽数为15/2＝7.5，而绕组配置在7.5槽×0.8＝6槽的位置。用这种配置，绕组位于如图3（b）和3（c）如示的5次谐波分量的第四个节点，以致不能感应产生5次谐波分量。

下面会检验在全部槽数N＝15和绕组每隔6个槽配置的情况下是否能获得三相对称绕组。

三相对称绕组是否可能由以下公式确定。

假定将槽数N除以槽数N和磁极对数P的一个最大公约数得到一个值N_o，以及相数为m。如果N_o/m＝整数，可以是一个双层绕组，而如果N_o/2m＝整数，可以是一个单、双层绕组。在所有情况下，利用一个非整数不可能获得一三相平衡绕组，以致不能采用这样一个槽数。

在这个例子中，因为N＝15和P＝1，N₀＝15，因为相数m＝3，N_o/m＝15/3＝5，结果得到一个整数以获得三相对称绕组。即这个例子是一个可以实现的设计例子。当将转子照以上所述设计，就可以消除r次谐波分量（本例中为5次谐波分量）的影响。因此，如果根据本发明确定转子铁心导体槽的倾斜，定子槽数N和绕组节距，可以同时消除n次和r次谐分量的影响。

注意在对转子和定子二者都采取谐分量防范措施的情况下，如果在转子去除较高次（例如7次）谐波分量和在定子去除较低次（例如5次）谐波分量，倾斜可以一小角度进行，以方便转子的制造，导致一较大的效益。

如上已经所述，根据本发明，对转距波动的产生起主要不利影响的那些次数的谐波分量可以选择性地直接地被消除，因而获得一种转矩波动较小的三相感应电动机。因此，能够为需要转矩平稳的伺服机构提供一种小尺寸动力源。

Claims

1、一种三相感应电动机，在一定子铁心和一转子铁心之间气隙内的磁通中所包含的多个谐分量中，为了直接消除引起一转矩波动的一定次数的谐分量，对电动机采取一种防范措施，其特征在于：

上述转子铁心的导体槽被倾斜一个2π/n电角度(式中n是要被消除的谐波分量的次数)。

2、一种三相感应电动机，在一定子铁心和一转子铁心之间气隙内的磁通中所包含的多个谐波分量中，为了直接消除引起一转矩波动的一定次数的谐分量，对电动机采取一种防范措施，其特征在于：

上述转子铁心的导体槽被倾斜一个2π/n电角度（式中n是要被消除的谐波分量的次数），以及

给上述转子铁心选择一槽数N，该槽数N根据以下公式确定：

N＝（磁极数l）×（相数m）×（每极每相槽数q）

上述转子铁心的槽数N选择成要使得每极每相槽数q的一个值成为一非整数，使得定子绕组节距s满足下列关系式。

s＝（r-t）/r或者

s＝r/（r+t）

（式中t是一个奇数，r是要被消除的谐分量的次数），和使得可以是一种三相对称绕组。

3、一种根据权利要求2的电动机，其特征在于：t＝1。

4、一种根据权利要求2的电动机，其特征在于n＝7和r＝5。