[发明专利]三相感应电动机

说明书

本发明涉及三相感应电动机，特别是涉及有相对小的容量（即，1仟瓦或更小一点的输出）并且目的在于转矩平滑的三相感应电动机。

三相感应电动机在通常的工业机器中，例如在各种机床中获得广泛应用，这是因为在电动机简单地连接到三相电源时就可得到恒速。

三相感应电动机的转矩T可由下式给出：

T＝M（-j₁）₂

这里M是初级与次级绕组之间的互感，-j₁是初级电流（定子电流）矢量，而₂是次级电流（转子）矢量。

为了平滑三相感应电动机的转矩，必须消除互感M的位置变化以及初级和次级电流矢量₁和₂的谐波分量。初级电流矢量₁决定于电源波形并且在感应电动机中是不能加以改进的。但是有许多地方可用来改进互感M以及基于次级电流矢量₂的谐波分量。

在三相感应电动机的定子中形成的槽的数目N由下式确定：

N＝（极数l）×（相数m）×（每极每相的槽数q）

在通常的感应电动机中，因为定子绕组能够容易地和均匀地绕制，所以定子被设计成槽数q为整数。正因为如此，互感M的位置变化以及次级电流矢量₂的谐波影响不能够被消除。

图1（a）-1（e）用来说明先有技术中的互感M。图1（a）示出在极数为2，相数为3，以及数q为2，即，槽的总数为12时的定子槽的位置。图1（b）是图1（a）中各槽的分布的展开图，图1（c）表示空气隙中磁通量的变化，这些空气隙对应于适当位置上的各槽，图1（d）表示对应于N极槽分布的S极槽分布以及S极的磁通量变化。换句话说，按箭头A所示的方向转换被包括在图1（b）和1（c）中的S极内的那些部分就可得到图1（d），图1（e）表示由N和S极磁通量变化的合成所引起的互感M的变化。如图1（e）所示，互感M的变化是大的，以致会引起转矩T的变化，从而妨碍感应电动机的平滑转动。

希望得到在定子与转子之间的气隙内的正弦磁通量分布。但是，在实际上，磁通量的分布不是正弦的而是阶式的，这是因为导线绕在定子铁心的周围而填满了各槽的缘故。因此，阶式波形包含了许多谐波分量。谐波分量引起一些不希望有的现象，如产生转矩的波动，噪声，振动，以及会产生温度的上升。在定子中每极每相的槽数增加时谐波分量有大量的阶梯。阶梯数的增加就可允许提供一个基本上为正弦的波形。由于这个原因，在大的电动机中能够增加槽的数目，但是这个数目不能增加超过一定的限制。感应在次级绕组中的第r次谐波电压Er表示如下：

Er∝Φ×Kd×Kp    ……（1）

其中Φ是磁通量，Kd是分布系数，如果定子绕组的节距s定义为s＝（r-t）/r，则Kp是短波节绕组系数（the    short    node    winding    coefficient）或者，如果节距s定义为s＝r/（r+t），则Kp是长波节绕组系数（这里t是奇数）。对t＝1的情况，Kd和Kp可由下面的式子给出：

Kd＝｛sin（rπ/2m）｝/｛qsin（rπ/2mq）｝……（2）

其中r是谐波次数，m是相数，q是每极和每相的槽数。

Kp＝｛sinrπ/2·sin（rWπ/2τ）｝……（3）

这里w是由槽数表示的线圈节距，τ是每极的槽数。

因为系数Kd和Kp决定于定子绕组的节距s，即，槽的位置，因此预定的谐波分量不能被消除。

因此，一只通常的精密感应电动机就会产生转矩波动。如果这样的一台电动机被用作为机床或工作机器人中的伺服驱动源，那么就会出现各种问题。比较准确地说，如果使用在机床中，则刀身就不能被平滑地驱动，因而切削表面变得粗糙了。在工作机器人的情况下，它的臂不能平滑地移动。

本发明的目的是消除上述通常所遇到的问题并且提供一种产生较小转矩波动的三相感应电动机。

根据本发明的三相感应电动机包含一个每极每相的绕组槽数为分数的定子以及一个作为三相平衡绕组的定子绕组，该三相平衡绕组的节距s由下式给出：

s＝（r-t）/r    或

s＝r/（r+t）

其中r是要被消除的谐波的次数，t是奇数。

附图及图面说明如下：

图1（a）-1（e）是说明普通三相感应电动机的示图;

图2（a）-2（c）是说明本发明实施例的示图;