專(zhuān)利名稱(chēng):感應(yīng)電機(jī)的一種等槽配合方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
本發(fā)明涉及感應(yīng)電機(jī)定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子槽數(shù)實(shí)現(xiàn)等槽配合的一種方法和結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)感應(yīng)電機(jī)時(shí)，定轉(zhuǎn)子槽配合(即指定子槽數(shù)Q1與轉(zhuǎn)子槽數(shù)Q2所構(gòu)成的一種對(duì)應(yīng)組合)的選擇，對(duì)感應(yīng)電機(jī)主要特性有重大影響槽配合選擇不當(dāng)，制出的電機(jī)會(huì)產(chǎn)生數(shù)量較多、幅值較大的齒諧波磁場(chǎng)作用，可能引起有害的附加異步轉(zhuǎn)矩和附加同步轉(zhuǎn)矩，使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)特性不良，甚至由于其M-S曲線出現(xiàn)嚴(yán)重下凹而不能達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài);還引起周期性電磁力，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲;產(chǎn)生電磁干擾;還產(chǎn)生顯著的表面附加損耗和附加脈振損耗，降低效率和增高溫升等。上述影響對(duì)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行都是極不利的，故設(shè)計(jì)感應(yīng)電機(jī)時(shí)必須選擇有利于改善電機(jī)特性的定、轉(zhuǎn)子槽配合值Q1/Q2。
目前設(shè)計(jì)感應(yīng)電機(jī)時(shí)均按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定槽配合值Q1/Q2，即是從根據(jù)許多專(zhuān)題理論分析和設(shè)計(jì)制造積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所得出一系列在不同極數(shù)(或轉(zhuǎn)速)下可以應(yīng)用、不宜應(yīng)用或不能應(yīng)用的各種定、轉(zhuǎn)子槽配合推薦值表中，選出合適的槽配合值來(lái)設(shè)計(jì)感應(yīng)電機(jī)，一般尚能得出較好的結(jié)果。但由于要遷就槽配合推薦值，使設(shè)計(jì)結(jié)果很難理想，尤其是在設(shè)計(jì)制造采用變極調(diào)速方式的多速感應(yīng)電機(jī)時(shí)，更難選出在各種極數(shù)下運(yùn)行效果均佳的優(yōu)良槽配合值。
國(guó)內(nèi)、外電機(jī)界一直在研究確定感應(yīng)電機(jī)優(yōu)良槽配合值又簡(jiǎn)便又通用的方法和結(jié)構(gòu)。理論研究(Heller，B.jHamata，V.著《異步電機(jī)中諧波磁場(chǎng)的作用》，章銘濤等譯1979)已經(jīng)表明，雖然等槽配合(即Q1＝Q2)是感應(yīng)電機(jī)通用的優(yōu)良槽配合值，但采用等槽配合結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)存在嚴(yán)重的附加同步轉(zhuǎn)矩而使電機(jī)不能啟動(dòng)，這是不可容許的缺陷，故等槽配合仍被否定。必須采取專(zhuān)門(mén)措施以消除此項(xiàng)缺陷而保存等槽配合的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)、外電機(jī)界先后均研制過(guò)“樅樹(shù)式”轉(zhuǎn)子等槽配合結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)，雖然試驗(yàn)結(jié)果表明，已經(jīng)有效地消除了啟動(dòng)時(shí)存在的附加同步轉(zhuǎn)矩而改善了啟動(dòng)性能和其他性能，但“樅樹(shù)式”轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造工藝性差，材料利用率低，增高了制造成本，故至今尚未能實(shí)際推廣應(yīng)用。
本發(fā)明任務(wù)是基于定、轉(zhuǎn)子槽的槽形及槽配合值Q1/Q2對(duì)感應(yīng)電機(jī)主要特性有重大影響，提供一種與電機(jī)極數(shù)或轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的通用優(yōu)良槽配合值以及實(shí)施的簡(jiǎn)便方法和結(jié)構(gòu);即轉(zhuǎn)子鐵芯整體由偶數(shù)個(gè)相同的鐵芯疊段依次按正面和反面交替疊裝構(gòu)成;而每個(gè)鐵芯疊段均由轉(zhuǎn)子沖片按其上轉(zhuǎn)子槽形各部份一一對(duì)正疊齊構(gòu)成，且其轉(zhuǎn)子槽形設(shè)計(jì)成稱(chēng)為偏口槽形的特殊槽形;並轉(zhuǎn)子槽數(shù)Q2等于定子槽數(shù)Q1。
本發(fā)明的基本原理簡(jiǎn)述如下由于采用等槽配合結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中第μR次諧波與定子第μS次諧波在感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)差率S＝1(即電機(jī)在啟動(dòng)瞬時(shí))發(fā)生的第μ次諧波附加同步轉(zhuǎn)矩可表示為Mμ＝MKSin( (K2Q2)/(P) · (π)/(τ) X-φμ)……(1)其中，MK為定轉(zhuǎn)子在S＝1時(shí)的附加同步轉(zhuǎn)矩幅值;Q2為轉(zhuǎn)子槽數(shù);P為電機(jī)極對(duì)數(shù); (π)/(τ) X為定、轉(zhuǎn)子繞組相軸間的空間相位差角;φμ為定子、轉(zhuǎn)子上第μ次諧波電流相位差;K2為任意整數(shù)。消除附加同步轉(zhuǎn)矩就是要使Mμ＝0或使Mμ削弱到可忽略不計(jì)的程度。
將轉(zhuǎn)子鐵芯整體按長(zhǎng)度分成完全相同的偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段，使得所有的第奇數(shù)個(gè)鐵芯疊段的諧波磁場(chǎng)與定子同次諧波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的附加同步轉(zhuǎn)矩為MμA＝ 1/2 Mμ，而同時(shí)所有的第偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段產(chǎn)生的附加同步轉(zhuǎn)矩為MμB＝- 1/2 Mμ，則整個(gè)轉(zhuǎn)子合成附加同步轉(zhuǎn)矩為Mμ＝MμA+MμB＝ 1/2 Mμ+(- 1/2 Mμ)＝0。如果使所有第奇數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線都與所有第偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線相互偏離開(kāi)二分之一倍轉(zhuǎn)子齒距(轉(zhuǎn)子齒距指轉(zhuǎn)子上相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子槽口之間的距離)，則所有第奇數(shù)與第偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段的相軸之間也相差二分之一轉(zhuǎn)子齒距。為簡(jiǎn)化分析設(shè)當(dāng)S＝1時(shí)φμ＝0，便可得出以下關(guān)系MμA＝ 1/2 MKSin( (K2Q2)/(P) · (π)/(τ) X)……(2)MμB＝ 1/2 MKSin〔 (K2Q2)/(P) ( (π)/(τ) X+ 1/2 t2)〕＝ 1/2 MKSin( (K2Q2)/(P) · (π)/(τ) X+K2π)……(3)其中，以電角度弧度數(shù)為單位的轉(zhuǎn)子齒距t2＝ (2πP)/(Q2) 及 1/2 t2＝ (πP)/(Q2) ;
由上述(1)、(2)和(3)式可見(jiàn)，當(dāng)K2是奇數(shù)時(shí)MμB＝ 1/2 MKSin( (K2Q2)/(P) · (π)/(τ) X)……(4)故Mμ＝MμA+MμB＝0……(5)而當(dāng)K2為偶數(shù)時(shí)MμB＝ 1/2 MKSin( (K2Q2)/(P) · (π)/(τ) X)＝MμA……(6)故Mμ＝MμA+MμB＝MKSin( (K2Q2)/(P) · (π)/(τ) X)……(7)可以看出，上述結(jié)構(gòu)能夠消除K2為奇數(shù)時(shí)產(chǎn)生的附加同步轉(zhuǎn)矩，這是主要方面;但不能消除K2為偶數(shù)時(shí)產(chǎn)生的附加同步轉(zhuǎn)矩。不過(guò)，注意到K2為偶數(shù)時(shí)的MK值本身就較小，因而它產(chǎn)生的Mμ較微小，並可以采用轉(zhuǎn)子斜槽來(lái)消除它。
以下將結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1至圖7是本發(fā)明可選擇用于轉(zhuǎn)子沖片的各種偏口槽形，其中圖1稱(chēng)為偏口梯形槽頭平底槽;圖2至圖7是偏口槽形的各種改形。
圖2是偏口梨形槽頭平底槽;
圖3是偏口梨形槽頭園底槽;
圖4是偏口梯形槽頭園底槽;
圖5是偏口平底刀形槽;
圖6是偏口園底刀形槽;
圖7是偏口園形槽或偏口瓶形槽。
以上圖1至圖7所述各種偏口槽形均由其槽身〔5〕經(jīng)偏側(cè)形狀的槽頭〔4〕與槽口〔6〕傾斜連接形成完整的偏口槽形。槽身〔5〕有槽身主軸線〔1〕和槽口〔6〕有槽口中心線〔2〕以及轉(zhuǎn)子沖片外園園周〔3〕。
圖8是本發(fā)明具有偏口槽形的轉(zhuǎn)子沖片原理圖片段，其槽口中心線〔8〕與槽身主軸線〔7〕之間的距離t′2，且t′2＝ 1/4 t2或t′2≈ 1/4 t2，t2是轉(zhuǎn)子齒距。
圖9是當(dāng)只用兩個(gè)相同的鐵芯疊段依次按正面和反面交叉疊裝構(gòu)成整個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯整體並在鑄鋁后具有鼠籠繞組時(shí)，其每條偏口槽中所形成的鋁導(dǎo)條形狀。其中包括第奇數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯疊段中對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子沖片偏口槽形上槽頭〔4〕部份的鋁導(dǎo)條段〔9〕;第偶數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯疊段中對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子沖片偏口槽形上槽頭〔4〕部份的鋁導(dǎo)條段〔10〕;整個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯槽中對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子沖片偏口槽形上槽身〔5〕部份全部貫通的鋁導(dǎo)條〔11〕;以及每根轉(zhuǎn)子導(dǎo)條上對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子沖片偏口槽形上槽口〔6〕的部份〔12〕。
每個(gè)轉(zhuǎn)子槽的位置由槽身〔5〕的主軸線〔1〕表示;而該槽槽口〔6〕的位置則由其槽口中心線〔2〕與槽身主軸線〔1〕的距離t′2來(lái)確定;
本發(fā)明中轉(zhuǎn)子沖片采用偏口槽形以及槽口中心線〔2〕偏離該槽槽身主軸線〔1〕的距離t′2＝ 1/4 t2或t′2≈ 1/4 t2是關(guān)鍵特殊之結(jié)構(gòu)。另一個(gè)關(guān)鍵特殊之結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)子鐵芯整體分成長(zhǎng)度相等的偶數(shù)個(gè)(最簡(jiǎn)單的是二個(gè))鐵芯疊段其每個(gè)鐵芯疊段均由轉(zhuǎn)子沖片分別將其偏口槽形的槽口、槽頭和槽身各部份一一對(duì)正並疊壓整齊構(gòu)成;再將這偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段依次按正面和反面交替疊裝成為轉(zhuǎn)子鐵芯整體。在制成的轉(zhuǎn)子鐵芯整體上，第奇數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線偏離槽身主軸線的一側(cè)四分之一或近似四分之一倍轉(zhuǎn)子齒距，而第偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線則偏離槽身主軸線的另一側(cè)四分之一或近似四分之一倍轉(zhuǎn)子齒距。這便因而實(shí)現(xiàn)了原理分析中所要求的在轉(zhuǎn)子鐵芯整體上所有第奇數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線都與所有第偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線之間相互錯(cuò)開(kāi)距離為轉(zhuǎn)子齒距的二分之一或近似二分之一。
最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)是只由兩個(gè)鐵芯疊段正、反交替疊裝成轉(zhuǎn)子鐵芯整體。
本發(fā)明設(shè)計(jì)制造的轉(zhuǎn)子也采用斜槽措施。
本發(fā)明在感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子上采用偏口槽形和轉(zhuǎn)子鐵芯整體由偶數(shù)個(gè)相同的鐵芯疊段依次按正面和反面交替疊裝構(gòu)成，便有效地消除了等槽配合在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)(即S＝1)存在的附加同步轉(zhuǎn)矩，使等槽配合結(jié)構(gòu)可以實(shí)際應(yīng)用。並因此而消除了或削弱了感應(yīng)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)所存在的絕大多數(shù)齒槽諧波磁場(chǎng)的作用及附加同步轉(zhuǎn)矩和附加異步轉(zhuǎn)矩，削弱了振動(dòng)和噪聲，降低了附加損耗和溫升，效率有所提高。而且本發(fā)明等槽配合方法與結(jié)構(gòu)與電機(jī)極數(shù)無(wú)關(guān)，在設(shè)計(jì)變極調(diào)速的多速感應(yīng)電機(jī)時(shí)具有突出的優(yōu)越性。
本發(fā)明在實(shí)施工藝上是極為簡(jiǎn)易的，整個(gè)制造過(guò)程與感應(yīng)電機(jī)傳統(tǒng)制造工藝幾乎完全相同，也不增加工模夾具，因而不增加制造成本。
本發(fā)明適用于定子槽形為半閉口槽時(shí)各種規(guī)格及各種極數(shù)(或轉(zhuǎn)速)的感應(yīng)電機(jī)，包括單速感應(yīng)電機(jī)和采用變極調(diào)速方式的多速感應(yīng)電機(jī);當(dāng)用于定子槽形為半開(kāi)口槽或開(kāi)口槽形時(shí)，也可起到改善電機(jī)性能的作用。
權(quán)利要求
1.感應(yīng)電機(jī)的一種等槽配合方法，其特征在于轉(zhuǎn)子沖片采用偏口槽形，其槽口[6]的槽口中心線[2]偏離該槽槽身[5]的槽身主軸線[1]的距離t′2是轉(zhuǎn)子齒距t2的四分之一或近似四分之一，即t′2= 1/4 t2或t′2≈ 1/4 t2，而轉(zhuǎn)子鐵芯整體由偶數(shù)個(gè)相同的鐵芯疊段依次按正面和反面交替疊裝構(gòu)成，且轉(zhuǎn)子槽數(shù)Q2等于定子槽數(shù)Q1。
2.按權(quán)利要求
1所述方法，其特征在于轉(zhuǎn)子沖片上的偏口槽形可設(shè)計(jì)成為其槽口中心線偏離該槽槽身主軸線四分之一或近似四分之一倍轉(zhuǎn)子齒距的任何偏口形幾何圖形。
3.按權(quán)利要求
1所述方法，其特征在于轉(zhuǎn)子鐵芯整體上每個(gè)轉(zhuǎn)子槽中對(duì)應(yīng)于偏口槽形的槽身〔5〕的部份沿整個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯軸向長(zhǎng)度都是對(duì)正疊齊並貫通的，且所有第奇數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線均偏離該槽槽身主軸線的一側(cè)四分之一或近似四分之一倍轉(zhuǎn)子齒距，而所有第偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線則均偏離該槽槽身主軸線的另一側(cè)四分之一或近似四分之一倍轉(zhuǎn)子齒距。
4.按權(quán)利要求
1所述方法，其特征在于轉(zhuǎn)子鐵芯整體的表面形成所有第奇數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線與所有第偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段的槽口中心線之間相互錯(cuò)開(kāi)的距離均為轉(zhuǎn)子齒距的二分之一或近似二分之一。
5.感應(yīng)電機(jī)的一種等槽配合結(jié)構(gòu)，其特征在于構(gòu)成轉(zhuǎn)子鐵芯整體的每個(gè)鐵芯疊段均由相同數(shù)量或相同軸向長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)子沖片按其上每個(gè)偏口槽形的槽口〔6〕、槽頭〔4〕和槽身〔5〕分別一一對(duì)正並疊壓整齊構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求
5所述結(jié)構(gòu)，其特征在于轉(zhuǎn)子沖片所采用的偏口槽形由其槽身〔5〕經(jīng)偏側(cè)于一邊的槽頭〔4〕與槽口〔6〕傾斜連接形成完整的偏口槽形。
專(zhuān)利摘要
感應(yīng)發(fā)電機(jī)的一種等槽配合方法和結(jié)構(gòu)，適用于各種規(guī)格及各種極數(shù)的感應(yīng)電機(jī)。其特征是轉(zhuǎn)子槽形采用偏口槽形，且其槽口中心線偏離其槽身主軸線四分之一或近似四分之一倍，轉(zhuǎn)子齒距和轉(zhuǎn)子鐵芯整體由偶數(shù)個(gè)鐵芯疊段依次按正面和反面交替疊裝構(gòu)成，其轉(zhuǎn)子槽數(shù)Q
文檔編號(hào)H02K1/22GK86102896SQ86102896
公開(kāi)日1987年1月24日 申請(qǐng)日期1986年4月16日
發(fā)明者張大可 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan