一種具有大小極弧的單相集中繞組定子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單相集中繞組定子。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，單相電機由于磁路和電路均處于不平衡狀態(tài)，工作在非圓形磁場之中，磁勢的諧波分量很大，諧波轉(zhuǎn)矩不僅加大電機的振動噪音，通常還會減小工作轉(zhuǎn)矩和造成起動困難。為了減小諧波分量，目前常用的辦法是采用分布式繞組，通過短距或者正弦方式，使電機能夠正常工作。但是，分布式繞組存在顯著的缺點:定子槽數(shù)和繞組線包很多，不利于機器大批量自動生產(chǎn)；繞組線圈需要先繞成線包，然后再嵌入定子槽，這樣必然使繞組端部長度較大，降低了電機效率。
[0003]與分布式繞組相比，集中繞組在工藝上具有顯著優(yōu)勢，機器大批量自動生產(chǎn)非常方便；同時集中繞組可以直接在定子齒上繞線，端部長度較小，節(jié)省了電機的用銅量，減小了電機的銅損耗，提高了電機效率。但集中繞組的缺點是:所產(chǎn)生的磁勢波形為梯形波，分解后包含所有奇次諧波磁勢分量，尤其是低次諧波如3、5次諧波的強度較大，并且無法通過正常寬度的定轉(zhuǎn)子斜槽來消除。
[0004]根據(jù)電機學(xué)原理，如果單相電機要消除V次諧波分量，斜槽寬度應(yīng)該取SK=2 Ji *Dil/p/v(式中Dil為定子內(nèi)徑，P為電機極數(shù))。如果2極電機要消除3次諧波，則SK= π/3*Dil，也就是說斜槽寬度比定子內(nèi)徑還要大，顯然實際中根本無法實行；如果4極電機要消除3次諧波，則SK= π /6*Dil，也就是說斜槽寬度比定子半徑略大，實際中雖然可以實行，但扭矩損失很大使這種設(shè)計幾乎沒有實際意義；只有在多極電機上勉強可以用，但低次諧波造成的扭矩損失依然高達30%以上。
[0005]因此，適合機器大批量自動生產(chǎn)的、用銅少且電機效率高的集中繞組，它的低次諧波問題成為限制它在單相電機上更廣泛使用的根本性因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種單相集中繞組定子結(jié)構(gòu)，以消除或削弱強度較大的低次諧波，使之能夠廣泛用于單相電機。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種具有大小極弧的單相集中繞組定子結(jié)構(gòu)，由定子軛(I)和主相定子齒(2)、付相定子齒(3)組成，其中主相定子齒(2)的有效極弧寬度，為極距的2/3，以完全消除3次諧波分量；所謂“有效極弧寬度”是指機械極弧寬度加上其在極弧尖端處形成的擴張效應(yīng)，一般擴張效應(yīng)約等于氣隙寬度。定子內(nèi)圓采用偏心結(jié)構(gòu)，齒中心的氣隙寬度最??；齒邊緣的氣隙寬度最大，為2-4倍的最小氣隙寬度；大小氣隙用偏心圓弧平滑過度。
[0008]眾所周知，在分布式繞組中，如果主繞組的跨距等于極距的2/3，那么3次諧波被完全消滅；而眾所不知的是，集中繞組主相定子齒(2)的有效極弧寬度為極距的2/3，其形成的磁勢，跟主繞組的跨距等于極距的2/3是完全等效的，因此也可以完全消除3次諧波分量。
[0009]由于諧波是磁勢偏離正弦造成的，當(dāng)采用均勻氣隙的時候，磁勢為梯形波，諧波分量最大；如果采用不均勻氣隙，則磁極中心處磁勢最強，磁極邊緣處磁勢逐漸減弱，因此更接近正弦波形。根本發(fā)明人對電機進行磁極優(yōu)化設(shè)計的經(jīng)驗，當(dāng)極弧寬度等于極距時，極尖的氣隙寬度應(yīng)等于最小氣隙寬度的6倍；當(dāng)極弧寬度為極距的2/3時，極尖的氣隙寬度應(yīng)等于最小氣隙寬度的3倍，此時磁勢波形最接近正弦波，是謂“最優(yōu)結(jié)果”。由于定轉(zhuǎn)子公差的客觀存在，實際中不可能絕對地控制最大氣隙寬度為最小氣隙寬度的3倍，為2-4倍時也是比較接近于正弦波的，因此實際應(yīng)該要求最大氣隙寬度控制為最小氣隙寬度的2-4倍，以削弱諧波分量。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:電機功率增大了、效率提高了、振動噪音減小了，同時提高了電機的起動轉(zhuǎn)矩。由于諧波分量被大大地削弱，尤其是3次諧波形成的負轉(zhuǎn)矩被消除，5次諧波形成的負轉(zhuǎn)矩被削弱，電機主要由基波磁勢發(fā)揮作用，和沒有采用本發(fā)明的普通集中繞組電機相比，在外形尺寸、工作轉(zhuǎn)速等條件都一樣的前提下，電機扭矩可以增大30%以上。同時，由于集中繞組可以利用機器把線直接繞在齒上，無需分布式繞組的繞線嵌線整形等工序，可以提聞電機制造過程中的生廣效率。
[0011]總之，由于諧波得到充分地削弱，因此本發(fā)明的集中繞組定子結(jié)構(gòu)可以廣泛地應(yīng)用于各種單相電機，電機性能和電機制造過程中的生產(chǎn)效率都能得到提升。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0013]圖1是本發(fā)明的原理圖，為包含定子軛(I)和主相定子齒(2)、付相定子齒(3)的單相2極電機定子沖片。
[0014]圖2是普通集中繞組的定子沖片圖。
[0015]圖3是本發(fā)明用于單相4極電機的定子沖片圖。
【具體實施方式】
[0016]以下是本發(fā)明的具體實施例，并結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述。但本發(fā)明不局限于這些實施例。
[0017]實施例是一個應(yīng)用本發(fā)明的單相8槽4極集中繞組定子，如圖3所示，其中付相定子齒(3)為分塊式結(jié)構(gòu)。定子參數(shù)如下:定子外徑69.5mm,內(nèi)徑38mm,主相齒寬7.45mm,付相齒寬4臟，軛高5mm，鐵芯厚度30mm，主相繞組0.15mm*950匝，付相繞組0.13mm*1300匝。所用銅線重量115克，運轉(zhuǎn)電容luf/450V.AC，轉(zhuǎn)子斜槽寬度8.7mm(為了只對比定子，所用得電容和轉(zhuǎn)子和對照的普通定子是一樣的)。電機參數(shù)為:工作轉(zhuǎn)速1250r/min，工作扭矩
0.147N.m輸出功率19.2W,電流0.208A輸入功率44.7W，效率43%功率因數(shù)0.978，起動轉(zhuǎn)矩0.063Nm,最大轉(zhuǎn)矩0.147Nm，溫升63K
作為對照，圖2為同等條件下普通集中繞組的定子沖片圖，電機參數(shù)如下:定子外徑69.5mm,內(nèi)徑38mm,齒寬6mm,軛高4.5mm,鐵芯厚度30mm,主相繞組0.15mm*1100阻，付相繞組0.13mm*1200匝，運轉(zhuǎn)電容luf/450V.AC，轉(zhuǎn)子斜槽寬度8.7mm。所用銅線重量120克，工作轉(zhuǎn)速1250r/min，工作扭矩0.098N.m輸出功率12.881W,電流0.15A，輸入功率32.742W,效率39.3%功率因數(shù)0.99，起動轉(zhuǎn)矩0.042Nm,最大轉(zhuǎn)矩0.105Nm，溫升49K
從實施例與對照例的電機參數(shù)對比可以看出，應(yīng)用本發(fā)明后，電機外徑和鐵芯疊長沒有改變，銅線重量減少約4%，而最大轉(zhuǎn)矩從0.105Nm提高到0.147Nm,提高約40% ;起動轉(zhuǎn)矩從0.042Nm提高到0.063Nm,提高約50%。在同一轉(zhuǎn)速下對比工作性能，工作轉(zhuǎn)矩從0.098Nm提高至Ij 0.147Nm,提高約50%;輸出功率從12.881W提高到19.2W，提高約49% ;電機效率從39.3%提高到43%。總之，電機的功率增加了，效率提高了，印證了本發(fā)明的有益效果。
[0018]當(dāng)然，由于功率增大了，必然使電流和輸入功率也相應(yīng)的增大，電機的溫升有所提高，但是，如果只想做到原來普通方案的功率，只需要把鐵芯縮短并重新設(shè)計相應(yīng)的繞組數(shù)據(jù)即可，那樣，可以使包括溫升在內(nèi)各方面運行性能指標都跟原方案持平，但成本大幅度降低，而振動噪音和起動性能大幅改善。另外需要說明的是，本實施例和對比例只是為了說明本發(fā)明的定子的優(yōu)越性，對比時采用的是同樣的轉(zhuǎn)子，但是，如果能夠設(shè)計跟本發(fā)明匹配的轉(zhuǎn)子，適當(dāng)加大轉(zhuǎn)子總齒寬、減小斜槽寬度，電機運行效率還可以更高。
【主權(quán)項】
1.一種具有大小極弧的單相集中繞組定子，其特征是:由定子軛(I)和主相定子齒(2)、付相定子齒(3)組成，其中主相定子齒(2)的有效極弧寬度，為極距的2/3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有大小極弧的單相集中繞組定子，其特征是定子內(nèi)圓采用偏心結(jié)構(gòu)，齒中心的氣隙寬度最??；齒邊緣的氣隙寬度最大，為2-4倍的最小氣隙寬度；大小氣隙用偏心圓弧平滑過度。
【專利摘要】一種具有大小極弧的單相集中繞組定子結(jié)構(gòu)，由定子軛（1）和主相定子齒（2）、付相定子齒（3）組成，其中主相定子齒（2）的有效極弧寬度，為極距的2/3，以完全消除3次諧波分量；所謂“有效極弧寬度”是指機械極弧寬度加上其在極弧尖端處形成的擴張效應(yīng)，一般擴張效應(yīng)約等于氣隙寬度。定子內(nèi)圓采用偏心結(jié)構(gòu)，齒中心的氣隙寬度最??；齒邊緣的氣隙寬度最大，為2-4倍的最小氣隙寬度；大小氣隙用偏心圓弧平滑過度。由于諧波得到充分地削弱，因此本發(fā)明的集中繞組定子結(jié)構(gòu)可以廣泛地應(yīng)用于各種單相電機，電機性能和電機制造過程中的生產(chǎn)效率都能得到提升。
【IPC分類】H02K17-04, H02K1-14
【公開號】CN104702070
【申請?zhí)枴緾N201410424538
【發(fā)明人】劉威卿, 李玲輝, 劉建宏
【申請人】寧波高新區(qū)南牛電機技術(shù)有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年8月27日