CN107749704A - 低噪声直流电机及降低电磁噪音的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低噪声直流电机，涉及电机技术领域，所述低噪声直流电机包括转子和定子，所述转子套设在所述定子内，所述转子包括电枢铁芯，所述电枢铁芯上有放置电枢绕组的电枢槽，所述定子包括磁极，所述磁极设置在定子的内侧壁；所述电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值在1.7到3之间。本申请的低噪声直流电机，缓解了现有技术中存在的低噪声直流电机的电磁噪声难以降低的技术问题。本发明还提供了一种包括上述低噪声直流电机的降低电磁噪音的方法。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种低噪声直流电机。本发明还涉及一种具有上述低噪声直流电机的降低电磁噪音的方法。
背景技术
长期以来在电机的研发过程中，降低电机在工作中的噪声一直是研发的重点和难点。尤其是用在家具、家用电器中的电机，客户电机对工作中所发出的声音的分贝数非常在意。目前，除了额定功率、额定转矩等指标外，电机的工作噪音分贝数已成为衡量电机性能的指标之一。
降低电机的噪音可以采用消音装置，如消音罩、消音壳等。但这一方法能够降低的噪音有限，而且在电机安装结构紧凑的场合不适用。因此要降低电机的噪音，还要在电机的内部结构上做改进。这就需要先分析电机噪声的产生原因。由于电机的结构复杂，找到噪声的来源也比较困难。
具体而言，直流电机的基本结构是：定子、转子、换向器、电刷和机壳。经过大量的研究，在本领域人员得出下述成果：对于直流电机来说，其噪音的来源主要三方面：分别是机械噪声、换向器噪声和电磁噪声，目前本领域内对于前两种的途径的研究比第三种更充分，降噪的手段主要是针对前两种噪音。
其中，机械噪音是指噪音来源于机械结构本身。例如，机械噪声可以是来自于定子上的轴承，如果使用滚子轴承，降低噪声可以调整轴承内圈、外圈和滚子的表面粗糙度能够降低噪音。如果使用含油滑动轴承，降低噪声可以通过改善润滑油的润滑质量。机械噪声也可以是来自于定子转子之间，即转子的静平衡和动平衡不好。例如转子铁芯的圆度在加工中误差大，转子定子之间的同心度在装配时误差大，转子的质量中心和转动中心不重合等，转子轴的刚度不够导致其出现挠曲变形，等。
其中，换向器噪声是指换向器和电刷在配合中所产生的噪音。换向器和电刷在工作中容易产生火花，轻微的火花不容易从视觉上发现，但会产生噪声。产生火花的原因包括换向器的表面粗糙度高，电刷片角度不合适、电刷片过松过紧或者电刷片部分突出等。
其中，电磁噪声是指来自定子磁极主磁路的噪声。主磁路是指磁通由N极经气隙到转子，经转子到另一气隙再返回S极。转子的电枢绕组中有电流通过时，通电的电枢绕组在主磁路产生电磁力，该力与电枢半径之积称为电磁转矩。上述主磁路中，气隙段的磁通是产生电磁噪音的主要原因。气隙段的磁通会产生干扰力，这一干扰力即可能使转子振动，又可能使定子振动，都是导致电机出现噪声。由电磁噪声的来源可知，电磁噪声几乎难以避免，只能通过大量的实验来调整气隙的尺寸。
但是在一些对要求电机噪声要求严格的场合，即使针对机械噪声和换向器噪声都进行了改进，直流电机的噪声仍无法达到一个较低的标准，此时就需要采取措施来减少电磁噪声。
综上，如何提供一种低噪声在直流电机，通过降低电磁噪声来降低直流电机运行中所产生的噪音，是本领域技术人员亟待解决的问题。基于此，本发明提供了一种直流电机及降低电磁噪音的方法以解决上述的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低噪声直流电机，以缓解现有技术中存在的低噪声直流电机的电磁噪声难以降低的技术问题。本发明的另一目的在于提供一种降低电磁噪音的方法。
本发明提供的低噪声直流电机，包括转子和定子，所述转子套设在所述定子内，所述转子包括电枢铁芯，所述电枢铁芯上有放置电枢绕组的电枢槽，所述定子包括磁极，所述磁极设置在定子的内侧壁；所述电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值在1.7到3之间。
进一步的，所述电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值在2.4到2.6之间。
进一步的，所述电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值为2.46。
进一步的，所述磁极的厚度为5mm－6mm。
进一步的，所述电枢槽的槽深为13mm－14mm。
进一步的，所述电枢铁芯的外径为42mm到43mm之间。
进一步的，所述电枢槽绕所述电枢铁芯环形阵列，所述电枢槽设置12个。
进一步的，所述磁极的磁场强度为76mt－80mt。
进一步的，所述磁极设置一对。
目前即使针对机械噪声和换向器噪声都进行了改进，直流电机的噪声仍无法达到一个较低的标准，此时就需要采取措施来减少电磁噪声。而减少电磁噪声的措施只能从直流电机完成电磁能和机械能转换的结构出发。直流电机其有效作用的磁通为主磁通，其磁场线的分布是从N极经气隙到转子再经另一个气隙返回到S极。主磁通包括气隙磁场，气隙为环形，如果将气隙磁场的磁通矢量分解为径向和切向，研究发现，其中径向矢量是导致定子振动的主要原因，切向矢量是导致转子的振动的主要原因。也就是说，径向气隙磁场是导致定子噪音的主要原因，切向气隙磁场是导致转子噪音的主要原因。又由于定子存在固有频率，当径向气隙磁场所产生的电磁力的频率和定子固有频率接近时出现共振现象，这时就会因此很大的电磁噪声。
找出上述电磁噪音产生的原因后，可以通过改变磁铁和电枢铁芯的结构来改变气隙的结构。经多次实验发现，改变电枢铁芯上电枢槽的尺寸和/或磁极的尺寸，能够减轻上述问题。为了，保证电机的输出功率，可变化的参数为电枢槽的槽深和所述磁极的厚度。两者可以择一变化或者同时变化，通过实验比较发现，加大电枢槽的槽深和/或减小磁极的厚度，都能够降低噪音。进而将电枢槽的槽深和磁极的厚度的比值作为待改变参数，得出当这一比值在1.7到3之间时，电机的电磁噪音最小。上述实验的基本前提是保证电机的输出力不变。上述减少电磁噪音的方法操作简单，效果明显，具有很高的参考意义。
本发明提供的降低电磁噪音的方法，加大电枢槽的槽深并且减小磁极的厚度，以降低直流电机的电磁噪音。
基于此，本发明较之原有技术，具有运转时直流电机的电磁噪声低的优点，对降低直流电机总噪声具有重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为低噪声直流电机的主剖视；
图2为图1低噪声直流电机的磁极和电枢槽的结构示意图。
标记：1－输出轴；2－压紧弹簧；3－换向器；4－电刷；5－电刷固定板；6－电刷引线；7－前端盖；8－后端盖；9－磁极；10－电枢铁芯；11－定子外壳；12－轴承；13－含油轴承；14－紧固件；15－卡环；16－橡胶扣；17－电枢槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
本发明的核心是提供一种低噪声直流电机，以缓解现有技术中存在的低噪声直流电机的电磁噪声难以降低的技术问题。
如图2所示，在本实施例中提供了一种低噪声直流电机，包括转子和定子，转子套设在定子内。转子包括电枢铁芯，电枢铁芯上有放置电枢绕组的电枢槽17，定子包括磁极9，磁极设置在定子的内侧壁。电枢槽的槽深(L2与L3的差的绝对值)和磁极的厚度(L1)的比值在1.7到3之间。
目前即使针对机械噪声和换向器噪声都进行了改进，直流电机的噪声仍无法达到一个较低的标准，此时就需要采取措施来减少电磁噪声。而减少电磁噪声的措施只能从直流电机完成电磁能和机械能转换的结构出发。直流电机其有效作用的磁通为主磁通，其磁场线的分布是从N极经气隙到转子再经另一个气隙返回到S极。主磁通包括气隙磁场，气隙为环形，如果将气隙磁场的磁通矢量分解为径向和切向，研究发现，其中径向矢量是导致定子振动的主要原因，切向矢量是导致转子的振动的主要原因。也就是说，径向气隙磁场是导致定子噪音的主要原因，切向气隙磁场是导致转子噪音的主要原因。又由于定子存在固有频率，当径向气隙磁场所产生的电磁力的频率和定子固有频率接近时出现共振现象，这时就会因此很大的电磁噪声。
找出上述电磁噪音产生的原因后，可以通过改变磁铁和电枢铁芯的结构来改变气隙的结构。经多次实验发现，改变电枢铁芯上电枢槽的尺寸和/或磁极的尺寸，能够减轻上述问题。为了保证电机的输出功率，可变化的参数为电枢槽的槽深和所述磁极的厚度。两者可以择一变化或者同时变化，通过实验比较发现，加大电枢槽的槽深和/或减小磁极的厚度，都能够降低噪音。
本实施例还提供了一种降低电磁噪音的方法，加大电枢槽的槽深并且减小磁极的厚度，以降低直流电机的电磁噪音。两者共同变化能够保证气隙的尺寸。
进而将电枢槽的槽深和磁极的厚度的比值作为待改变参数，得出当这一比值在1.7到3之间时，电机的电磁噪音最小。上述实验的基本前提是保证电机的输出力不变。上述减少电磁噪音的方法操作简单，效果明显，具有很高的参考意义。
在上述实施例的基础上，进一步的，电枢槽的槽深和磁极的厚度的比值在2.4到2.6之间。具有这一比值的多种规格电机的噪音均较小。
进一步的，所述电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值为2.46。通过分析目前市场上常见的一种小型直流电机发现，当电枢槽的槽深和磁极的厚度的比值为2.46，电磁噪声最小。
具体而言，目前市场上常见的一种小型直流电机，其定子外壳的外径L5为55mm，转子的输出轴的直径L4为8mm。为了保证电机的通用性和转轴的传力特性，上述两个参数不作变动。仅对电枢铁芯和磁极作调整。电枢铁芯上有放置电枢绕组的电枢槽，电枢槽为近似扇形，而电枢槽的深度和最外侧的弧长都会影响电枢绕组的绕法和结构。
当电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值为2.46时，进一步的，磁极的厚度为5mm－6mm。或者，当电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值为2.46时，进一步的，电枢槽的槽深为13mm－14mm。
当电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值为2.46时，磁极的厚度为5mm－6mm，确定电枢槽的槽深后，根据上述比值确定电枢槽的槽深，进一步的，电枢铁芯的外径为42mm到43mm之间。
当电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值为2.46时，电枢槽的槽深为13mm－14mm，进一步的，电枢铁芯的外径为42mm到43mm之间。
上述比例约束中的总体构思是，减小磁极的厚度，加大电枢槽的槽深。而电枢槽的槽深加大后，为了保证转轴的尺寸不变化，电枢铁芯的外径需要加大到42mm到43mm。与此同时，磁极的厚度减小，不仅保证了定子总尺寸，还保证了气隙的合理尺寸。
在上述实施例的基础上，当电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值为2.46时，电枢槽的槽深为13.8mm左右，磁极的厚度为5.5mm左右。此时，定子外壳的外径为55mm，转子的输出轴的直径为8mm。进一步的，电枢槽绕电枢铁芯环形阵列，电枢槽设置12个。
在上述实施例的基础上，所述磁极的磁场强度为76mt－80mt。磁极的磁场强度和磁极减薄呈正相关。但由于约束参数为电枢槽的槽深和磁极的厚度的比值，当磁极的厚度减少时，电枢槽的槽深加大。而电枢槽的槽深加大，会使得其上的绕组线缠绕的层数加大，其与减薄的磁极配合使用，实现了电机的输出转矩不变化，保证了电机的功率，同时减小了电机的电磁噪音，从而减少了电机噪音。
在上述实施例的基础上，进一步的，定子上的磁极只设置一对。对于小型直流电机而言，一对磁极的磁场强度够用。而且两个磁极均呈弧形，相对布置。还能避免磁极的机械噪音。
如图1－图2，在上述实施例的基础上，进一步的，本实例中的低噪声直流电机包括定子和转子，转子包括输出轴1，输出轴1从前端盖7伸出，此处有轴承12。转子还包括电枢铁芯，电枢铁芯10由多个矽钢片叠压而成，每个矽钢片上均有放置电枢绕组的电枢槽17。定子上的定子外壳11的内壁有一对磁极9。在轴承12的上下两侧还有卡环15。输出轴1的另一端有后端盖8，后端盖8和输出轴1之间有含油轴承13、紧固件14。
定子还包括换向器3和电刷组件，电刷组件包括电刷4和电刷引线6，电刷4固定在电刷固定板5上，在换向器3和电刷4之间有压紧弹簧2。由于换向器3和电刷4在长时间工作后容易磨薄，压紧弹簧2的作用是保证换向器3和电刷4一直保持接触状态。前端盖7和电刷固定板5之间通过橡胶扣16连接。
本实施例还提供了一种升降桌，包括上述任一种所述的低噪声直流电机。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种低噪声直流电机，包括转子和定子，所述转子套设在所述定子内，其特征在于，所述转子包括电枢铁芯，所述电枢铁芯上有放置电枢绕组的电枢槽，所述定子包括磁极，所述磁极设置在定子的内侧壁；所述电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值在1.7到3之间。
2.根据权利要求1所述的低噪声直流电机，其特征在于，所述电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值在2.4到2.6之间。
3.根据权利要求2所述的低噪声直流电机，其特征在于，所述电枢槽的槽深和所述磁极的厚度的比值为2.46。
4.根据权利要求3所述的低噪声直流电机，其特征在于，所述磁极的厚度为5mm－6mm。
5.根据权利要求3所述的低噪声直流电机，其特征在于，所述电枢槽的槽深为13mm－14mm。
6.根据权利要求4或5所述的低噪声直流电机，其特征在于，所述电枢铁芯的外径为42mm到43mm之间。
7.根据权利要求6所述的低噪声直流电机，其特征在于，所述电枢槽绕所述电枢铁芯环形阵列，所述电枢槽设置12个。
8.根据权利要求1所述的低噪声直流电机，其特征在于，所述磁极的磁场强度为76mt－80mt。
9.根据权利要求1所述的低噪声直流电机，其特征在于，所述磁极设置一对。
10.一种降低电磁噪音的方法，其特征在于，加大电枢槽的槽深并且减小磁极的厚度，以降低直流电机的电磁噪音。
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