[发明专利]一种能够主动控制转子振动的异步电机

说明书

技术领域

本发明属于电机振动控制领域，特别是涉及到能够对电机转子的振动进行主动控制异步电机。

背景技术

异步电机除了作为一般的动力单元将电能转换为机械能外，在很多场合也是一个具有特殊功能的单元，如机床的电主轴，就是一种将电机的能量转换功能与输出端所具有的加工功能集成在一起的功能部件。在这些多功能部件中，转子的振动会严重影响系统的功能，因此对这些部件上电机转子的振动提出了十分严格的要求。

异步电机转子的振动有多个因素，主要是由转子的质量不平衡产生的机械激振力和异步电机气隙中的磁场产生的电磁激振力引起。

转子的质量不平衡是由于转子结构不对称、材料不均匀、加工工艺等原因引起，使异步电机转子的重心与电机的几何中心不重合，转子在旋转时产生的不平衡激励力，从而引起转子中心惯性轴线与回转轴线不重合，产生振动。任何转子都存在一定的质量不平衡，虽然通过对转子进行动平衡，可以减小转子的不平衡水平，但是无法完全消除转子的质量不平衡的影响。

异步电机气隙磁场产生的电磁激振力是由异步电机气隙中非对称的磁场所产生。异步电机气隙中非对称的磁场一方面是由异步电机定子电流中的谐波分量引起，另一方面是由于异步电机转子或定子结构的非对称引起。异步电机气隙磁场所产生的电磁激励力对转子施加额外的磁激励，引起异步电机转子的振动。

目前，为了减小异步电机振动通常采用减小气隙磁场的谐波、高速动平衡、优化异步电机转子及定子结构、采用高精度和性能的轴承等，以降低异步电机转子上的激励力、使异步电机的工作转速运离转子系统的临界转速、增加异步电机转子结构的阻尼能力，以达到降低异步电机转子振动的目的。但是目前的方法，除采用主动控制轴承结构外，对异步电机转子振动的控制效果十分有限。为了对异步电机转子的振动进行主动振动控制，必须在异步电机上添加必要的执行装置，如采用主动轴承结构，以对异步电机转子系统的动力学特性进行在线调节和控制。主动轴承结构虽然能够实现对异步电机转子振动的主动控制，但是由于它对传统异步电机的轴承结构进行了改动，其可靠性问题尚未得到应有的证实。如果能够不改动传统异步电机轴承及定转子的基本结构，而在异步电机的本体结构上设计出一套能够按照要求产生一定控制力的装置，那么就能够方便地实现对异步电机转子振动的控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对电机转子的振动进行主动控制的异步电机。

本发明的能够主动控制转子振动的异步电机，包括转子，定子和轴承，定子铁芯中嵌有两套独立绕组，一套是产生电磁转矩的转矩绕组，另一套是产生控制力的控制绕组，两套绕组的极对数P相差1。

本发明中，所说的转子可以是鼠笼型转子或绕线型转子。所说的异步电机可以是单相、二相、三相或多相电机，包括异步电动机或异步发电机。

所述的轴承可以是滚动轴承或滑动轴承或磁轴承。

本发明在传统的具有转矩绕组的异步电机定子槽内，加上一套控制绕组，两套绕组独立工作，转矩绕组产生使电机旋转的电磁转矩，控制绕组产生能够对转子的振动进行主动控制的控制力，通过控制绕组产生的控制力，对异步电机转子的振动进行主动控制和补偿。

本发明的有益效果在于：

1)本发明根据转子振动的情况通过控制控制绕组，就可以产生足够的控制力对异步电机转子的振动进行在线实时控制，实施方便；

2)控制绕组可以工作，也可以不工作，在控制绕组不工作的条件下，不会对原来电机的特性产生影响。

3)采用本发明可有效地减小异步电机转子的振动和噪声，提高异步电机转子的工作精度，延长轴承的使用寿命，提高异步电机的运行性能。

附图说明

图1是本发明的异步电机定子铁芯两套绕组的一种具体实例示意图；

图2是本发明的控制力产生原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

本发明的能够主动控制转子振动的异步电机，包括转子，定子和轴承，定子铁芯中嵌有两套独立绕组，一套是产生电磁转矩的转矩绕组，另一套是产生控制力的控制绕组，两套绕组的极对数P相差1。

以图1所示三相异步电机为例，定子铁芯24个槽中嵌有两套独立的绕组，一套是两极转矩绕组，另一套是四极控制绕组，转矩绕组分布排列安装于槽的下层，产生使电机旋转的电磁转矩，控制绕组分布排列安装于槽的上层，产生对转子的振动进行主动控制的控制力。或者也可以是下层安装控制绕组，上层安装转矩绕组。

各槽内两套绕组的分布情况见表1。