专利名称:感应电机的一种等槽配合方法和结构的制作方法
本发明涉及感应电机定子槽数和转子槽数实现等槽配合的一种方法和结构。
设计感应电机时，定转子槽配合(即指定子槽数Q1与转子槽数Q2所构成的一种对应组合)的选择，对感应电机主要特性有重大影响槽配合选择不当，制出的电机会产生数量较多、幅值较大的齿谐波磁场作用，可能引起有害的附加异步转矩和附加同步转矩，使感应电动机启动特性不良，甚至由于其M-S曲线出现严重下凹而不能达到正常运行状态;还引起周期性电磁力，产生振动和噪声;产生电磁干扰;还产生显著的表面附加损耗和附加脉振损耗，降低效率和增高温升等。上述影响对感应电机运行都是极不利的，故设计感应电机时必须选择有利于改善电机特性的定、转子槽配合值Q1/Q2。
目前设计感应电机时均按经验数据确定槽配合值Q1/Q2，即是从根据许多专题理论分析和设计制造积累的实践经验所得出一系列在不同极数(或转速)下可以应用、不宜应用或不能应用的各种定、转子槽配合推荐值表中，选出合适的槽配合值来设计感应电机，一般尚能得出较好的结果。但由于要迁就槽配合推荐值，使设计结果很难理想，尤其是在设计制造采用变极调速方式的多速感应电机时，更难选出在各种极数下运行效果均佳的优良槽配合值。
国内、外电机界一直在研究确定感应电机优良槽配合值又简便又通用的方法和结构。理论研究(Heller，B.jHamata，V.著《异步电机中谐波磁场的作用》，章铭涛等译1979)已经表明，虽然等槽配合(即Q1＝Q2)是感应电机通用的优良槽配合值，但采用等槽配合结构的感应电机在启动时存在严重的附加同步转矩而使电机不能启动，这是不可容许的缺陷，故等槽配合仍被否定。必须采取专门措施以消除此项缺陷而保存等槽配合的优点。国内、外电机界先后均研制过“枞树式”转子等槽配合结构的感应电机，虽然试验结果表明，已经有效地消除了启动时存在的附加同步转矩而改善了启动性能和其他性能，但“枞树式”转子结构较复杂，制造工艺性差，材料利用率低，增高了制造成本，故至今尚未能实际推广应用。
本发明任务是基于定、转子槽的槽形及槽配合值Q1/Q2对感应电机主要特性有重大影响，提供一种与电机极数或转速无关的通用优良槽配合值以及实施的简便方法和结构;即转子铁芯整体由偶数个相同的铁芯叠段依次按正面和反面交替叠装构成;而每个铁芯叠段均由转子冲片按其上转子槽形各部份一一对正叠齐构成，且其转子槽形设计成称为偏口槽形的特殊槽形;並转子槽数Q2等于定子槽数Q1。
本发明的基本原理简述如下由于采用等槽配合结构，转子磁场中第μR次谐波与定子第μS次谐波在感应电机转差率S＝1(即电机在启动瞬时)发生的第μ次谐波附加同步转矩可表示为Mμ＝MKSin( (K2Q2)/(P) · (π)/(τ) X-φμ)……(1)其中，MK为定转子在S＝1时的附加同步转矩幅值;Q2为转子槽数;P为电机极对数; (π)/(τ) X为定、转子绕组相轴间的空间相位差角;φμ为定子、转子上第μ次谐波电流相位差;K2为任意整数。消除附加同步转矩就是要使Mμ＝0或使Mμ削弱到可忽略不计的程度。
将转子铁芯整体按长度分成完全相同的偶数个铁芯叠段，使得所有的第奇数个铁芯叠段的谐波磁场与定子同次谐波磁场相互作用产生的附加同步转矩为MμA＝ 1/2 Mμ，而同时所有的第偶数个铁芯叠段产生的附加同步转矩为MμB＝- 1/2 Mμ，则整个转子合成附加同步转矩为Mμ＝MμA+MμB＝ 1/2 Mμ+(- 1/2 Mμ)＝0。如果使所有第奇数个铁芯叠段的槽口中心线都与所有第偶数个铁芯叠段的槽口中心线相互偏离开二分之一倍转子齿距(转子齿距指转子上相邻两个转子槽口之间的距离)，则所有第奇数与第偶数个铁芯叠段的相轴之间也相差二分之一转子齿距。为简化分析设当S＝1时φμ＝0，便可得出以下关系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，以电角度弧度数为单位的转子齿距t2＝ (2πP)/(Q2) 及 1/2 t2＝ (πP)/(Q2) ;
由上述(1)、(2)和(3)式可见，当K2是奇数时MμB＝ 1/2 MKSin( (K2Q2)/(P) · (π)/(τ) X)……(4)故Mμ＝MμA+MμB＝0……(5)而当K2为偶数时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，上述结构能够消除K2为奇数时产生的附加同步转矩，这是主要方面;但不能消除K2为偶数时产生的附加同步转矩。不过，注意到K2为偶数时的MK值本身就较小，因而它产生的Mμ较微小，並可以采用转子斜槽来消除它。
以下将结合附图对发明作进一步详细描述。
图1至图7是本发明可选择用于转子冲片的各种偏口槽形，其中图1称为偏口梯形槽头平底槽;图2至图7是偏口槽形的各种改形。
图2是偏口梨形槽头平底槽;
图3是偏口梨形槽头园底槽;
图4是偏口梯形槽头园底槽;
图5是偏口平底刀形槽;
图6是偏口园底刀形槽;
图7是偏口园形槽或偏口瓶形槽。
以上图1至图7所述各种偏口槽形均由其槽身〔5〕经偏侧形状的槽头〔4〕与槽口〔6〕倾斜连接形成完整的偏口槽形。槽身〔5〕有槽身主轴线〔1〕和槽口〔6〕有槽口中心线〔2〕以及转子冲片外园园周〔3〕。
图8是本发明具有偏口槽形的转子冲片原理图片段，其槽口中心线〔8〕与槽身主轴线〔7〕之间的距离t′2，且t′2＝ 1/4 t2或t′2≈ 1/4 t2，t2是转子齿距。
图9是当只用两个相同的铁芯叠段依次按正面和反面交叉叠装构成整个转子铁芯整体並在铸铝后具有鼠笼绕组时，其每条偏口槽中所形成的铝导条形状。其中包括第奇数个转子铁芯叠段中对应于转子冲片偏口槽形上槽头〔4〕部份的铝导条段〔9〕;第偶数个转子铁芯叠段中对应于转子冲片偏口槽形上槽头〔4〕部份的铝导条段〔10〕;整个转子铁芯槽中对应于转子冲片偏口槽形上槽身〔5〕部份全部贯通的铝导条〔11〕;以及每根转子导条上对应于转子冲片偏口槽形上槽口〔6〕的部份〔12〕。
每个转子槽的位置由槽身〔5〕的主轴线〔1〕表示;而该槽槽口〔6〕的位置则由其槽口中心线〔2〕与槽身主轴线〔1〕的距离t′2来确定;
本发明中转子冲片采用偏口槽形以及槽口中心线〔2〕偏离该槽槽身主轴线〔1〕的距离t′2＝ 1/4 t2或t′2≈ 1/4 t2是关键特殊之结构。另一个关键特殊之结构为转子铁芯整体分成长度相等的偶数个(最简单的是二个)铁芯叠段其每个铁芯叠段均由转子冲片分别将其偏口槽形的槽口、槽头和槽身各部份一一对正並叠压整齐构成;再将这偶数个铁芯叠段依次按正面和反面交替叠装成为转子铁芯整体。在制成的转子铁芯整体上，第奇数个铁芯叠段的槽口中心线偏离槽身主轴线的一侧四分之一或近似四分之一倍转子齿距，而第偶数个铁芯叠段的槽口中心线则偏离槽身主轴线的另一侧四分之一或近似四分之一倍转子齿距。这便因而实现了原理分析中所要求的在转子铁芯整体上所有第奇数个铁芯叠段的槽口中心线都与所有第偶数个铁芯叠段的槽口中心线之间相互错开距离为转子齿距的二分之一或近似二分之一。
最简单的转子铁芯结构是只由两个铁芯叠段正、反交替叠装成转子铁芯整体。
本发明设计制造的转子也采用斜槽措施。
本发明在感应电机转子上采用偏口槽形和转子铁芯整体由偶数个相同的铁芯叠段依次按正面和反面交替叠装构成，便有效地消除了等槽配合在电机启动时(即S＝1)存在的附加同步转矩，使等槽配合结构可以实际应用。並因此而消除了或削弱了感应电机在运行时所存在的绝大多数齿槽谐波磁场的作用及附加同步转矩和附加异步转矩，削弱了振动和噪声，降低了附加损耗和温升，效率有所提高。而且本发明等槽配合方法与结构与电机极数无关，在设计变极调速的多速感应电机时具有突出的优越性。
本发明在实施工艺上是极为简易的，整个制造过程与感应电机传统制造工艺几乎完全相同，也不增加工模夹具，因而不增加制造成本。
本发明适用于定子槽形为半闭口槽时各种规格及各种极数(或转速)的感应电机，包括单速感应电机和采用变极调速方式的多速感应电机;当用于定子槽形为半开口槽或开口槽形时，也可起到改善电机性能的作用。
权利要求
1.感应电机的一种等槽配合方法，其特征在于转子冲片采用偏口槽形，其槽口[6]的槽口中心线[2]偏离该槽槽身[5]的槽身主轴线[1]的距离t′2是转子齿距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，而转子铁芯整体由偶数个相同的铁芯叠段依次按正面和反面交替叠装构成，且转子槽数Q2等于定子槽数Q1。
2.按权利要求
1所述方法，其特征在于转子冲片上的偏口槽形可设计成为其槽口中心线偏离该槽槽身主轴线四分之一或近似四分之一倍转子齿距的任何偏口形几何图形。
3.按权利要求
1所述方法，其特征在于转子铁芯整体上每个转子槽中对应于偏口槽形的槽身〔5〕的部份沿整个转子铁芯轴向长度都是对正叠齐並贯通的，且所有第奇数个铁芯叠段的槽口中心线均偏离该槽槽身主轴线的一侧四分之一或近似四分之一倍转子齿距，而所有第偶数个铁芯叠段的槽口中心线则均偏离该槽槽身主轴线的另一侧四分之一或近似四分之一倍转子齿距。
4.按权利要求
1所述方法，其特征在于转子铁芯整体的表面形成所有第奇数个铁芯叠段的槽口中心线与所有第偶数个铁芯叠段的槽口中心线之间相互错开的距离均为转子齿距的二分之一或近似二分之一。
5.感应电机的一种等槽配合结构，其特征在于构成转子铁芯整体的每个铁芯叠段均由相同数量或相同轴向长度的转子冲片按其上每个偏口槽形的槽口〔6〕、槽头〔4〕和槽身〔5〕分别一一对正並叠压整齐构成。
6.按权利要求
5所述结构，其特征在于转子冲片所采用的偏口槽形由其槽身〔5〕经偏侧于一边的槽头〔4〕与槽口〔6〕倾斜连接形成完整的偏口槽形。
专利摘要
感应发电机的一种等槽配合方法和结构，适用于各种规格及各种极数的感应电机。其特征是转子槽形采用偏口槽形，且其槽口中心线偏离其槽身主轴线四分之一或近似四分之一倍，转子齿距和转子铁芯整体由偶数个铁芯叠段依次按正面和反面交替叠装构成，其转子槽数Q
文档编号H02K1/22GK86102896SQ86102896
公开日1987年1月24日 申请日期1986年4月16日
发明者张大可 申请人:长沙铁道学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan