[發(fā)明專利]減小電機(jī)中的諧波

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580048067.1
• 申請日: 2005-12-12
• 公開（公告）號: CN101116233A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿斯莫·藤赫嫩
• 申請（專利權(quán)）人: 通力股份公司
• 主分類號: H02K1/12
• 分類號: H02K1/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 王景剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)，尤其是涉及減小電機(jī)中的諧波以及由這些諧波引起的不良影響。

背景技術(shù)

電機(jī)用于將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。在通常結(jié)構(gòu)的電機(jī)中，可以分辨出配設(shè)有軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、定子、軸承和端罩等基本零件。轉(zhuǎn)子可由所述軸承支撐。通常在轉(zhuǎn)子和定子之間留有小的氣隙。

多相同步和異步電機(jī)等多相交流旋轉(zhuǎn)設(shè)備的操作是基于在其內(nèi)部循環(huán)的交變磁場。多相定子繞組形成得可以饋給所述相位繞組一個(gè)正弦電壓，在移相時(shí)該電壓以一個(gè)360/m的角度彼此饋給所述繞組，其中m為相的數(shù)量，電流經(jīng)由定子繞組，在所述設(shè)備的氣隙內(nèi)產(chǎn)生交變的磁場，所述磁場和轉(zhuǎn)子繞組的磁場相互作用，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。所述同步設(shè)備的轉(zhuǎn)子繞組中的磁場通常由永磁鐵或?qū)⒅绷麟婐伣o轉(zhuǎn)子的激勵繞組而形成。異步設(shè)備中轉(zhuǎn)子繞組的勵磁通常通過轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)由定子電流的磁通感應(yīng)的電壓和電流來完成。

這樣就可以盡可能地將所述氣隙的磁通密度分配為正弦形式。所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)通過所述磁通密度的基本正弦波來實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際上，所述作用電機(jī)的磁場還可以包含諧波成分，例如所述純正弦波(pure?wave)的諧波分量。

所述磁通密度的諧波會在定子和轉(zhuǎn)子之間導(dǎo)致額外的應(yīng)力分量。而且，在電機(jī)中會產(chǎn)生扭矩波動(扭矩脈動)量度和額外的損耗。如果所述包含諧波的磁場所產(chǎn)生的應(yīng)力波動頻率和形式與電機(jī)的固有頻率相接近，則因所述諧波會使設(shè)備產(chǎn)生較大的噪音和震動。進(jìn)而，約束震動是可行的。在約束震動中，盡管所述激勵的頻率和設(shè)備的固有頻率不同，但仍要在引起震動的元件上施加應(yīng)力。此外，諧波會導(dǎo)致測量和保護(hù)設(shè)備的誤操作，從而產(chǎn)生過電壓和過載。

在三相電機(jī)中，僅有磁場的奇次諧波成分產(chǎn)生?，F(xiàn)有技術(shù)試圖利用分?jǐn)?shù)節(jié)矩繞組，槽楔(slot?wedge)，磁鐵的分散移動，以改變定子的基本繞組將諧波的影響最小化。但是在現(xiàn)代電機(jī)中，所述應(yīng)力成分的頻率為電機(jī)電流頻率的6倍和12倍，這些應(yīng)力產(chǎn)生的噪音和震動還是很明顯的，所述應(yīng)力成分尤其是由磁通密度的第五、第七、第十一和第十三諧波項(xiàng)產(chǎn)生。

在旋轉(zhuǎn)的電力設(shè)備中，由于定子和轉(zhuǎn)子邊緣上繞組不連續(xù)和所述氣隙磁導(dǎo)的波動，所以在所述氣隙磁通密度中產(chǎn)生諧波分量。定子繞組通常集中在槽和線圈組內(nèi)，此時(shí)所述氣隙內(nèi)的磁通勢不是正弦分布。定子和轉(zhuǎn)子的開槽、突極和磁飽和以及其他因素都可以導(dǎo)致所述氣隙的磁導(dǎo)波動。電機(jī)磁場的諧波可被分為轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的諧波和定子產(chǎn)生的諧波。

其他旋轉(zhuǎn)場設(shè)備中還會產(chǎn)生扭矩脈動，但以下特別論述永磁同步電機(jī)，該電機(jī)可以是軸向磁通或徑向磁通設(shè)備。在軸向磁通設(shè)備中，該設(shè)備氣隙的磁通主要位于該設(shè)備的主軸方向。另一方面在徑向磁通設(shè)備中，所述設(shè)備氣隙的磁通主要是經(jīng)由所述主軸的徑向方向。

舉例來說，專利申請US2004/0070300論述了減小永磁鐵設(shè)備轉(zhuǎn)子的扭矩脈動。在該申請的技術(shù)方案中，通過對磁極塑形并歪斜它們的位置，使得轉(zhuǎn)子磁鐵產(chǎn)生的磁場盡可能地設(shè)成正弦形式。例如，專利公開US6380658和US5886440還陳述了減小轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的扭矩脈動的技術(shù)方案?，F(xiàn)有技術(shù)還包括通過分散設(shè)置磁鐵來減小轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的扭矩脈動。

Y.Akiyama等人撰寫的論文“Slot?Ripple?of?Induction?Motor?and?FEMSimulation?on?Magnetic?Noise”(IEEE?IAS第31屆年會會議文集，美國圣迭戈，1996，644-651頁)中記載了隨意設(shè)置轉(zhuǎn)子槽。該論文記載了通過非等距分配轉(zhuǎn)子槽來減小感應(yīng)電機(jī)的磁噪音。記載有三種不同的轉(zhuǎn)子開槽原則(方法A、B、C)。在方法A、B中，轉(zhuǎn)子槽完全是任意設(shè)置的。模擬結(jié)果顯示電機(jī)非常容易在薄齒處產(chǎn)生飽和。在方法C中，轉(zhuǎn)子的開槽位置將所述邊緣分成四份。在每一個(gè)四分之一部分，槽之間的距離都是恒定的。在相鄰的四分之一部分之間設(shè)有小的位移。關(guān)于相互干涉部分，轉(zhuǎn)子A給出了最好的結(jié)果。

如上所述，扭矩脈動還可以由定子產(chǎn)生，這是定子周向的電流不連續(xù)分布導(dǎo)致的諧波和定子開槽導(dǎo)致的氣隙磁導(dǎo)波動兩者的結(jié)果，對此，所述公開內(nèi)容均沒有給出解決方案。