專利名稱:感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制作方法
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，更明確地說，涉及一種運(yùn)行在寬速度范圍內(nèi)的高精度變速伺服感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
傳統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)用作低成本，近似恒速的原動(dòng)機(jī)。隨著由電子器件技術(shù)，軟件技術(shù)支持的拖動(dòng)技術(shù)的最新發(fā)展，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)用作高精度變速伺服電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)必須在包括零速的低速范圍內(nèi)平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，必須產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)矩。理想轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的精確度是通過所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩TG基本上等于一固定不變(沒有變化)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL這樣一個(gè)事實(shí)來表示的，也就是說，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以產(chǎn)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL時(shí)，對(duì)于TG＝TL+△T，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)△T(即，諧波轉(zhuǎn)矩)變成最小。
從要開發(fā)的一個(gè)目標(biāo)的觀點(diǎn)看，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能是由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身和一對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供電能的變頻電源(下文稱為激勵(lì)器)所決定的。由于電能是加于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的原繞組的，變頻電源的頻率就叫做原頻率。這個(gè)頻率用f1表示。大多數(shù)傳統(tǒng)的激勵(lì)器發(fā)出簡單的3相矩形波電壓。根據(jù)空間和時(shí)間諧波分量引起的磁動(dòng)勢的影響，由于電壓波形包括了是原頻率f1的(6k±1)倍(k＝1，2，3……)的時(shí)間諧波分量，一轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量的頻率為6kf1，它可看作和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩連帶成正比例。換句話說，這樣一種轉(zhuǎn)矩波動(dòng)可認(rèn)為是由激勵(lì)器引起的。由于電子器件(例如大規(guī)模集成電路和受控電力半導(dǎo)體)，電流，速度和位置檢測器，以及為達(dá)到高精度高速度數(shù)據(jù)處理的軟件技術(shù)的發(fā)展，最近的激勵(lì)器已經(jīng)作了改進(jìn)。一種基本上為正弦波的電流可在寬變頻范圍內(nèi)從激勵(lì)器供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
可是，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)用作一伺服電動(dòng)機(jī)以低于頻率f1(若干赫芝以下)的很低速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，具有6kf1諧波分量的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)不是由激勵(lì)器而是由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的。因此，消除感應(yīng)應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是必不可少的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種廉價(jià)、剛性的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)能消除其中的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)并且可以用作一種在寬變速范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的高精度變速伺服電動(dòng)機(jī)。
為了達(dá)到本發(fā)明的以上目的，所提供的一種電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子，定子槽內(nèi)用于安置一原繞組，原繞組加上電能時(shí)，定子適宜于產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁通，轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)動(dòng)部件的槽用于安置一個(gè)由線圈或鼠籠電路形成的副繞組，當(dāng)電能加到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，引起定子的電磁感應(yīng)并且將副電流供給副繞組時(shí)，越過副繞組的磁通和副電流使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)適宜于引起轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩或牽引力，電動(dòng)機(jī)內(nèi)定子槽相對(duì)于轉(zhuǎn)子槽傾斜，傾斜量是一60°的定子電角度的一個(gè)整數(shù)倍，因而抵消了一種轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，該轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是六倍于電能原頻率的一個(gè)整數(shù)倍。
圖1是一個(gè)說明感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本布置簡略示圖。
圖2和圖3是說明本發(fā)明原理的示圖。
圖4A是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩頻譜(torque spectrum)的圖。
圖4B是一個(gè)表示對(duì)應(yīng)于圖4A所示的轉(zhuǎn)矩頻譜的本發(fā)明的一種作用的簡圖;
圖5A是一個(gè)表示和本發(fā)明無關(guān)的一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩頻譜的圖;
圖5B是一個(gè)表示圖5所示轉(zhuǎn)矩頻譜的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一個(gè)缺點(diǎn)的簡圖;
圖6是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩頻譜的曲線圖;
圖7是一個(gè)表示一種傳統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩頻譜的曲線圖;以及圖8是一個(gè)表示用于圖6和圖7所示的頻譜測量的一種測量裝置信號(hào)頻譜的曲線圖。
參照一最佳的實(shí)施例，配合附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。
在描述這個(gè)最佳的實(shí)施例以前，下面先闡明本發(fā)明的原理。以下分析的本身是生疏而新穎的。
(1)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本特性和所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的基本特性圖1是一個(gè)剖視面，表示一普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的原理。參考圖1，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)包括一定子2和一轉(zhuǎn)子4，定子有槽用來安放一原繞組1，轉(zhuǎn)子有槽用來安放一副繞組3。I1(向量)表示供給原繞組的一原電流。尤其是，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)不帶任何負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，即感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生零轉(zhuǎn)矩時(shí)，原電流由一激磁電流I0(矢量)組成。I2(矢量)表示在副繞組中感應(yīng)產(chǎn)生的一副電流。
當(dāng)原電流加到原繞組1時(shí)，在定子2和轉(zhuǎn)子4之間的氣隙5內(nèi)產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁通φ2(矢量)。旋轉(zhuǎn)磁通φ2穿過副繞組3。如果旋轉(zhuǎn)磁通φ2和副繞組之間存在一相對(duì)速度，也就是說，φ2的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度之間存在一差值(這個(gè)差值用一轉(zhuǎn)差速度Ws或一轉(zhuǎn)差頻率fs表示，即Ws＝2πfs)時(shí)，在副繞組3中感應(yīng)產(chǎn)生副電流I2。旋轉(zhuǎn)磁通和副電流I2以和阿拉哥圓盤(Arago disk)中相同的原理使轉(zhuǎn)子4產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩TG。包括在轉(zhuǎn)矩中的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)△T的原因是電源不平衡，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原繞組1線路不平衡和副繞組3線路不平衡。在這些原因中，通過改善激勵(lì)器可以排除電源不平衡。使用額定值范圍內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，可以消除原、副繞組的不平衡。
根據(jù)另一項(xiàng)分析，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲和電振動(dòng)的頻率是原電流I1的頻率f1(基波)的兩倍，或轉(zhuǎn)差頻率fs的兩倍。
當(dāng)一激勵(lì)器驅(qū)動(dòng)-3相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，而該激勵(lì)器有一包括多種諧波分量的矩形波輸出時(shí)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)△T可以分析成這樣，即諧波轉(zhuǎn)矩△T的周期是原電流I1頻率f1的6倍，12倍，18倍……。當(dāng)一正弦波脈沖寬度調(diào)制的輸出用于激勵(lì)器時(shí)，可以得到一正弦波，其中原電流I1的波形大為改善。因此，根據(jù)這種分析可以消除上述持續(xù)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)△T。
在頻率f1的寬范圍內(nèi)，如果利用具有一幾乎理想正弦波的原電流I1驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度相當(dāng)高時(shí)，具有2f1或類似的諧波分量表現(xiàn)為轉(zhuǎn)矩波動(dòng)△T的主要因素?？墒?，當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度逐漸減低時(shí)，諧波分量例如2f1就不顯得突出了。然而在這情況下，諧波分量諧如6f1和12f1就變得突出了。不僅當(dāng)原電流I1有一矩形波形，而且當(dāng)它有一正弦波形時(shí)，都會(huì)變生這種現(xiàn)象。當(dāng)正弦波輸出時(shí)，在原電流中產(chǎn)生6f1，12f1，……轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量△T的原因還沒有給出清楚的解釋。因此，也沒有提供防范措施來消除這些轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量?？墒牵诟呔人欧妱?dòng)機(jī)中，在接近于零速時(shí)的6f1，12f1，……轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量△T卻是決定性的。
(2)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩TG的定量表達(dá)式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的即時(shí)轉(zhuǎn)矩TG可以由以下公式表示TG＝-jφ2·I2 …(1)激磁電流I0和原繞組變換系數(shù)被用來推導(dǎo)以下公式φ2＝M·I0 …(2)I2＝-(M/R2)·(d/dt+jWs)I0 …(3)式中M是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原、副繞組之間的互感，R是副繞組的電阻，而j是一個(gè)表示正交關(guān)系的算符。R和M的值雖然視溫度變化而定，但可以把它們看作常數(shù)。
如從公式(2)和(3)顯而易見的，如果激磁電流I0有一個(gè)正弦波，因而磁通φ2和副電流I2也具有正弦波。即使電流I1有一正弦波，并且電流I0也有一正弦波，實(shí)際上磁通φ2和副電流I2中包含許多空間諧波分量。換句話說，公式(2)和(3)是理想的，而電流I1包括許多空間諧波分量(具有(6k+1)倍f1或(6l+5)倍f1的波，式中k和l＝0，1，2，……)。包含這些諧波分量的激磁電流I0用
I0表示。相類似地，包含諧波分量的磁通φ2和副電流I2，二者分別用
φ2和
I2表示。即使激磁電流I0是一正弦波電流，給出的轉(zhuǎn)矩TG如下TG＝-j
φ2·
I2＝(jM
I0)·(M/R2)·(d/dt+jWs)·
I0假定穩(wěn)定狀態(tài)下，(j
I0).(d/dt.
I0)＝0，因此，TG＝-(M2/R2)Ws(
I0·
I0) …(4)(3)轉(zhuǎn)矩頻譜的新表達(dá)式由于定子2的電磁機(jī)構(gòu)的限制，即使從激勵(lì)器把保持在平衡狀態(tài)的正弦波原電流I1供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的原繞組1，由于以下的原因必須考慮包含空間諧波分量的原電流
I1和激磁電流
I0。
正如眾所周知，原繞組1包括一定數(shù)量的線圈，并且用一種包含許多諧波分量的簡單的集中繞組，一種包含少數(shù)諧波分量的分布繞組或一種分布的分?jǐn)?shù)節(jié)距繞組表示線圈的空間排列。即使供給線圈的電流是一個(gè)包含少數(shù)諧波分量的正弦波，各個(gè)線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢分量(這些分量的總和同磁通φ2成正比例，不考慮定子槽引起的變化)在線圈所在的位置具有矩形波形。磁通
φ2被認(rèn)為包含對(duì)應(yīng)于矩形波形的空間諧波分量。因此對(duì)應(yīng)于磁通
φ2的激勵(lì)電流
I0也包含空間諧波分量。
現(xiàn)在就推導(dǎo)激磁電流I0的定量表達(dá)式。假定感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)3相電動(dòng)機(jī)。三組相同的線圈A，B和C配置成空間不同相120°(即電角度)，構(gòu)成原繞組1。供給線圈A，B和C的激磁電流分別定義為
ioa，
iob和
ioc。這些激磁電流包括諧波分量Tp(p≥1)，對(duì)應(yīng)于時(shí)間諧波分量，并且將激磁電流表示成如下。
式中ω是對(duì)應(yīng)于原頻率的角頻率。
激磁電流
I0還包含空間諧波分量Sn(n≥1)并被定義如下
由于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)被制成電磁平衡，偶數(shù)次的諧波分量和次數(shù)是三倍于基波的整數(shù)倍的諧波分量被抵消。因此p＝6k+1，6k+5(k＝0，1，2，…)n＝6l+1，6l+5(l＝0，1，2，…)…(9)下列關(guān)系式同樣成立
利用關(guān)系式(10)和(11)，把公式(5)，(6)和(7)代入(8)，得出以下關(guān)系式
用以下方式，公式(12)推導(dǎo)出公式(4)中的
I0.
I0I0·
I0/36＝∑SnTpSn′Tp′｛cos[(p+p′)ωt+(n+n′)θ]+cos[(p-p′)ωt+(n-n′)θ]｝+∑SmTpSn′Tp′｛cos[(q+p′)ωt-(m-n′)θ]+cos[(q-p′)ωt-(m+n′)θ]｝+∑SnTpSm′Tp′｛cos[(p+q′)ωt+(n-m′)θ]+cos[(p-q′)ωt+(n+m′)θ]｝+∑SmTpSm′Tp′｛cos[(q+q′)ωt-(m+m′)θ]+cos[(q-q′)ωt-(m-m′)θ]｝…(13)對(duì)于n，n′m和m′，各取6l+1和61+5中的一個(gè)(l＝0，1，2，……);以及對(duì)于p，p′，q和q′，各取6k+1和6k+5中的一個(gè)(k＝0，1，2，……)。
公式(13)中四個(gè)和項(xiàng)中的第一項(xiàng)被作為例子來說明諧波分量的次數(shù)。
對(duì)于cos〔(p+p′)ωt+(n+n′)θ〕，以下的關(guān)系式p+p′＝6(k+k′+1)n+n′＝6(l+l′+1)…(14)建立于下面的組合n＝6l+1和p＝6k+5，n＝6l+5和p＝6k+1，n′＝6l′+5和p′＝6k′+1，以及n′＝6l′+1和p′＝6k′+5而對(duì)于cos〔(p-p′)t+(n-n′)θ〕，關(guān)系式p-p′＝6(k-k′)n-n′＝6(l-l′)…(15)建立于下面組合n＝6l+1和p＝6k+1，n＝6l+5和p＝6k+5，n′＝6l′+1和p′＝6k′+1，以及n′＝6l′+5和p′＝6k′+5。
進(jìn)一步證實(shí)了關(guān)于ωt和θ的六次諧波分量。
第一項(xiàng)的其余組合包含6±2次諧波分量。對(duì)于公式(13)中的第二，第三和第四項(xiàng)可以檢驗(yàn)ωt和θ的六次諧波分量。而且，6±2次諧波分量，以和在第一項(xiàng)中同樣的方式包含在第二，第三和第四項(xiàng)中?？墒?，如果次數(shù)低以及分量數(shù)值大，主要的分量是公式(14)和(15)中所示的6次諧波分量。公式(14)和(15)表示6次ωt一時(shí)間諧波分量
6次θ一空間諧波分量。即使原電流I1是一正弦波電流，即電流I1不包含時(shí)間諧波分量，還是必須考慮到包含有6次空間諧波分量的磁通
φ2和副電流
I2，這些空間諧波分量對(duì)應(yīng)于公式(13)中的Tp或Tq，不包括T1，或者對(duì)應(yīng)于公式(13)中的零。如果原電流
I1包含時(shí)間諧波分量，必須和以通常的情況相同的方式考慮到6次時(shí)間諧波分量。方程(13)中系數(shù)Sn的值是由原繞組確定的，并且以集中繞組，分布繞組和分布分?jǐn)?shù)節(jié)距繞組的一個(gè)次序減少?？墒牵捎谝欢〝?shù)量的原繞組線圈配置在相應(yīng)數(shù)量的槽內(nèi)，改進(jìn)是很有限的。Tp的值是由原電流I1的諧波分量確定的，通過改善原電流I1，Tp的值可以大大減小?？墒牵瑸榱藴p少空間諧波分量的影響，以減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量△T，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身也必須改良。如從上面分析中顯而易見的，應(yīng)該注意到用于減少6次空間諧波分量的防范措施可以同樣用作減少6次時(shí)間諧波分量的防范措施。
通常，測量證明較低次數(shù)的諧波分量常常具有較大的頻譜，因?yàn)楫?dāng)n和p的值較小時(shí)(即次數(shù)較低)，Sn和Tp的值較大。
(4)為把△T減至最小的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的新穎電磁機(jī)構(gòu)為了簡化起見，假定轉(zhuǎn)矩TG產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子表面(即氣隙圓柱表面)。
如果轉(zhuǎn)矩的諧波分量是6qf1分量(q＝一個(gè)整數(shù))，在相對(duì)于轉(zhuǎn)子的氣隙圓柱表面的定子的360°范圍內(nèi)穿過轉(zhuǎn)子產(chǎn)生以下的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)對(duì)于q＝1，6峰值轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，變化寬度T6;
對(duì)于q＝2，12峰值轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，變化寬度T12;以及對(duì)于q＝3，18峰值轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，變化寬度T18。
圖2表示關(guān)于q＝1的情況，說明轉(zhuǎn)子6的一個(gè)橫截面21中的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)△T和電角度之間的關(guān)系。圖3表示相位偏離橫截面21的另一個(gè)橫截面22上的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)△T和電角度之間的關(guān)系。即使存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，但如果有轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的橫截面21和22相位相差180°，橫截面21的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量△T就和橫截面22上的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量△T抵消。這個(gè)概念適用于偏移轉(zhuǎn)子各個(gè)橫截面上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量的相位。因此，假定一個(gè)橫截面的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量抵消了一給定橫截面上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，并且沿轉(zhuǎn)軸的軸線方向的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量的積分值被調(diào)整到零。為此，沿軸線方向的積分區(qū)間(即轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩部分的軸向有效長度L)必須等于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量△T的周期或它的一個(gè)整數(shù)倍。利用下面的關(guān)系式建立以上的條件(相移量)＝(定子的60°電角度)或(其整數(shù)倍)(16)圖4A是一個(gè)展開的視圖，其中轉(zhuǎn)子6展開60°定子電角度。圖4A中的垂直方向表示旋轉(zhuǎn)軸線方向。參考符號(hào)AD，BC和EF分別表示橫截面;而X1，X2和X3分別表示這些橫截面上的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線(對(duì)應(yīng)于q＝1的6f1諧波分量)。將轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線X1，X2和X3表示成沿轉(zhuǎn)軸軸線方向的Y1，Y2，Y3和Y4。如圖4B中所示，曲線Y1，Y2，Y3和Y4分別相應(yīng)于由旋轉(zhuǎn)角θ1，θ2，θ3和θ4所給出的角位置。如果把沿軸線方向從橫截面A到橫截面B的轉(zhuǎn)軸波動(dòng)分量在任何位置(旋轉(zhuǎn)角θ)積分，該積分值是轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量一個(gè)周期的積分值，如圖4B中所示，在所有旋轉(zhuǎn)角θ都為零。
圖5A和5B表示一種情況，其中相移量是一個(gè)30°的電角度，而不滿足同圖4A和圖4B情況相一致的條件(16)。參考符號(hào)X1′，X2′和X3′分別表示橫截面上的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線;而Y1′，Y2′和Y3′分別表示在對(duì)應(yīng)于角θ1，θ2，和θ3角位置上的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線。在這種情況下，不同于圖4B的情況，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量△T的積分值不是零(圖5B)。
對(duì)于抵消q＝1的6f1諧波分量的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量△T，條件(16)是一個(gè)充要條件。
對(duì)于q＝2，3…的情況，就作如下的說明。如果條件(16)成立，在軸向長度L范圍內(nèi)q＝n(n＝2，3…)，則在n個(gè)周期內(nèi)都存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線X1，X2…和Y1，Y2…。用和圖4B相同的方式，軸向長度L范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)積分值是零。因此，證明條件(16)在q＝n(n＝2，3…)的情況下是一個(gè)充分條件。
如果相移量是條件(16)中60°電角度的一個(gè)整數(shù)倍，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線X1，X2…和Y1，Y2…的周期是關(guān)于q＝1，2，3…的整數(shù)倍，在軸向長度L范圍內(nèi)任何角位置(θ)上轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量的積分值為零。
如上所述，利用一種傳統(tǒng)方法稱之為傾斜的技術(shù)，可以獲得轉(zhuǎn)子各橫截面上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的相移。通常的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一種傾斜方法要把定子槽相對(duì)于轉(zhuǎn)子槽傾斜一個(gè)槽距。一個(gè)期望的作用是要減少稱之為槽諧波分量的影響。槽諧波分量引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)并不包括在公式(14)和(15)中。
用一種傳統(tǒng)的方法，如果n是相對(duì)于360°電角度的原電流的特定諧波分量的次數(shù)，傾斜量被定為360°/n。一個(gè)期望的作用是要排除原電流n次諧波分量的影響。在這種情況下，如果n＝5，那么公式(13)中S5是零。方程(13)中同S5有關(guān)的分量可以獲得改善，但是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由其它要素引起的波動(dòng)分量仍然存在。如果360°/n的值不同于一個(gè)定子槽距，由槽諧波分量引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)常常顯得很清楚。
根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的傾斜量并不取決于定子槽距或原電流特定的諧波分量的次數(shù)，而是僅僅由條件(16)就可以確定。
本發(fā)明如同傳統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣進(jìn)行傾斜。因此，和利用傳統(tǒng)傾斜方法的傳統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較，根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)裝配起來很簡單，毫無任何困難。
(5)本發(fā)明感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效能圖6表示根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在f1＝3.5Hz和fs＝3.25Hz條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的一個(gè)轉(zhuǎn)矩頻譜。圖7表示當(dāng)使用圖6的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子，和如傳統(tǒng)的情況把轉(zhuǎn)子槽的傾斜量給定為一個(gè)槽距時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩頻譜。fl和fs的條件和圖6中的條件一樣。參考圖6和圖7，陰影線和交叉陰影線部分視作為圖8的頻譜檢測儀的干擾(15Hz和50Hz的倍數(shù))。因此，必須從圖6和圖7中所示的頻譜中減去這種干擾。在圖6的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，在頻率例如f1×6和f1×12時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量比圖7情況下的波動(dòng)分量小，而比f1×2的情況下更小得多。正如從圖6和圖7的比較顯而易見，根據(jù)本發(fā)明，可以做到很大的改善。
(6)本發(fā)明的其余申請根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的傾斜量是由條件(16)確定的，而并不取決于定子磁極數(shù)，定子槽距和定子槽數(shù)。因此，定子的槽數(shù)對(duì)于一60°電角度可是一整數(shù)，視定子槽數(shù)而定。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的傾斜就適用去除由定子槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量。
表1表示不同感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)。表1中，p表示定子極數(shù)，q表示定子的每極每相槽數(shù)，而r表示計(jì)算出作為槽距的傾斜量。
表1序號(hào) p q 定子槽數(shù) 本發(fā)明的傾斜量(角) r1 2 3 18 60°(60°/1×1) 32 4 3 24 30°(60°/2×1) 33 6 3 36 20°(60°/3×1) 34 8 1 24 15°(60°/4×1) 15 10 1 30 12°(60°/5×1) 16 12 1 36 10°(60°/6×1) 17 14 1 42 8.57°(60°/7×1) 18 16 1 48 7.5°(60°/8×1) 19 18 1 54 6.67°(60°/9×1) 110 20 1 60 12°(60°/10×2) 211 22 1 66 10.9°(60°/11×2) 212 24 1 72 5°(60°/12×1) 113 26 1 78 9.23°(60°/13×2) 214 28 1 84 12.86°(60°/14×3) 315 30 1 90 8°(60°/15×2) 2p定子磁極數(shù)q定子每極每相槽數(shù)r計(jì)算出作為槽距的傾斜量滿足以上槽要求的一種定子繞組是一種所謂集中繞組。傾斜量被確定為定子槽距的整數(shù)倍，以減少其頻率是六倍原頻率f1的整數(shù)倍的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量，以及由槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量。
如果磁極數(shù)較大，本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的傾斜量(即一個(gè)電角度)以和磁極數(shù)成反比例減小。因此，在條件(16)限制的范圍內(nèi)，本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的傾斜量可以是120°或180°電角度，代替60°電角度。
如果根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的傾斜量滿足條件(16)，由于傾斜是指轉(zhuǎn)子槽相對(duì)于定子槽的傾斜，定子槽和轉(zhuǎn)子槽中的一種可以平行于旋轉(zhuǎn)軸線，而另一種槽相對(duì)于它傾斜。
如果假定感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)是這樣，使得轉(zhuǎn)子有一無限大的半徑，代替一個(gè)一定的旋轉(zhuǎn)半徑，并且抽出一段對(duì)應(yīng)于無限大半徑的弧，就提出一種已知的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。在這種情況下，副結(jié)構(gòu)包括一個(gè)代替轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的是一種牽引力而不是轉(zhuǎn)矩。因此，本發(fā)明也可以適用于線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
以上所述，根據(jù)本發(fā)明提供的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)能將轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減至最小，而且適用于作為一種高精度伺服電動(dòng)機(jī)而在寬變速范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子，所說定子上有槽用于在其內(nèi)安放一原繞組，在電能加到上述原繞組時(shí)，上述定子適合于產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁通，所說轉(zhuǎn)子或一運(yùn)動(dòng)部件有槽用來安放一幅繞組，副繞組由線圈或一鼠籠線路組成，當(dāng)電能加到上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在上述定子內(nèi)產(chǎn)生電磁感應(yīng)，同時(shí)向上述副繞組提供副電流時(shí)，上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)適合于利用穿過上述副繞組的一磁通和一副電流，使上述轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩或一牽引力，其特征在于上述定子槽相對(duì)于上述轉(zhuǎn)子槽傾斜，而且傾斜量是一個(gè)60°定子電角度的一個(gè)整數(shù)倍，從而把六倍于電能原頻率的一個(gè)整數(shù)倍的一種轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減至最小。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種電動(dòng)機(jī)，其特征在于上述定子槽平行于一轉(zhuǎn)軸的軸線方向(垂直于上述運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)方向的一個(gè)方向)，只是上述轉(zhuǎn)子(上述運(yùn)動(dòng)部件)沿軸線方向傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種電動(dòng)機(jī)，其特征在于上述轉(zhuǎn)子(上述運(yùn)動(dòng)部件)槽平行于一轉(zhuǎn)軸的軸線方向(垂直于上述運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)方向的一個(gè)方向)，只是上述定子槽沿軸線方向傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1，2和3的一種電動(dòng)機(jī)，其特征在于傾斜量等于定子槽距的一個(gè)整數(shù)倍，借此一種由槽引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)以及六倍于原頻率的一個(gè)整數(shù)倍的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)被減至量小。
專利摘要
電動(dòng)機(jī)內(nèi)定子槽相對(duì)于轉(zhuǎn)子槽傾斜，并且傾斜量是-60°的定子電角度的一個(gè)整數(shù)倍，從而把一種轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減至最小。其諧波轉(zhuǎn)矩△T的周期是六倍于電能原頻率的一個(gè)整數(shù)倍。
文檔編號(hào)H02K1/26GK87102626SQ87102626
公開日1987年10月14日 申請日期1987年4月4日
發(fā)明者岡本清知, 遠(yuǎn)藤哲男, 宮本由紀(jì)夫, 鈴木義治 申請人:日本電氣株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan