CN112953049A - 一种低振动噪声电机的定子结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低振动噪声电机的定子结构，包括定子齿部、定子轭部、导磁阻尼层、定子绕组、槽楔、绝缘材料等，定子铁心的齿部和轭部在结构上分离，中间由导磁阻尼层隔离；所述的定子齿部设置定子槽，槽口位于轭部方向，同时定子齿部的外侧成圆形或多边形布置方式，以与定子轭部配合，并传递扭矩；同传统的定子铁心结构相比，本发明既削弱了齿槽配合引起的电磁激振力的高频分量，又抑制了定子齿部向定子轭部传导的电磁激振力，相较于传统的方案，显著抑制了定子轭部的电磁激振力，尤其是高频分量，改善了定子轭部的振动以及由此引起的噪声。本发明结构新颖，对电机的低噪声设计具有较好的效果。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种低振动噪声电机的定子结构。
背景技术
常规的交流电机（感应电机、永磁同步电机等）通常采用内转子结构，其定子铁心采用半闭口、半开口或开口槽设计，以便于嵌套定子线圈。由于定子槽口的存在，导致电机的气隙磁导中存在槽口引起的交变分量，使得电机的气隙磁场的空间谐波更加丰富，从而引起复杂的电磁激振力。
此外，现代交流电机普遍采用变频装置进行驱动，驱动电源中富含各种高次时间谐波，尤其是开关器件引起的开关频率及其衍生频率，进一步丰富了电磁激振源。这些激励源作用于电机定子齿部表面，通过齿部传导到至轭部和机座，恶化了电机表面的振动和噪声，严重影响了电机的综合性能。
发明内容
本发明专利的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提出一种低振动噪声电机的定子结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低振动噪声电机的定子结构，包括结构分离的定子轭部和定子齿部，以及导磁阻尼层、定子绕组、绝缘材料、槽楔等，所述的定子轭部、定子齿部均采用硅钢片叠压而成，所述的定子内侧有较薄的齿间连接轭，外侧设置定子槽，槽口朝外，槽内安装定子绕组，定子绕组，通过绝缘材料和位于外侧槽口的槽楔固定。
所述的一种低振动噪声电机的定子结构，其导磁阻尼层具有较好的磁导率（相对磁导率）和阻尼性能，预先涂刷、粘接、烧结或灌封在定子轭部的内侧表面或定子齿部的外表面，然后装配在一起。
所述的一种低振动噪声电机的定子结构，其导磁阻尼层为改性的橡胶材料，具有导磁性能，相对磁导率≥7。
所述的一种低振动噪声电机的定子结构，将定子轭部和定子齿部通过热套的方式装配在一起，为传递扭矩，所述的定子轭部内侧、定子齿部外侧和导磁阻尼层的配合面采用多边形结构或者圆形的结构
本发明的有益效果是：通过采用定子齿部和定子轭部分离的方式，将定子齿部转子侧的槽口取消，通过定子齿部外部开槽的方式，形成闭口槽，使得定转子的气隙均匀，削弱了定子齿槽效应引起的电磁激振力；同时由于闭口槽的存在，增加了电机的槽漏抗，可以削弱变频供电电源引入的高次时间谐波的影响；通过在定子齿部和定子轭部之间增加导磁阻尼层，改变了轭部激振力的分布和组成，使得轭部的激振力主要由齿部通过导磁阻尼材料传导而来，并且获得了一定的衰减。
通过上述措施的采取，一方面通过定子齿部内侧采用闭口槽削弱了齿槽效应引起的电磁激振力的高次成分，另一方面通过导磁阻尼材料抑制了电磁激振力向外的传输，同传统的交流电机的定子铁心结构相比，本发明既从源头削弱了定子齿槽效应引起的电磁激振力，又从路径上抑制了电磁激振力的传输，使得交流电机轭部的激振力产生的削弱，从而减少了电机外表面的振动和噪声，适合于对振动噪声抑制有较高要求的交流电机。
附图说明
图1是本发明第一实施例的结构示意图；
图2是图1中A部分的局部放大图；
图3是本发明第二实施例的结构示意图；
图4是本发明第三实施例的结构示意图；
图5是本发明第四实施例的结构示意图；
图6是传统电机定子铁心的截面简图；
图7是本发明方案的定子铁心的截面简图。
各附图标记为：1—定子轭部，2—定子齿部，3—导磁阻尼层，4—槽楔， 5—定子绕组，6—绝缘材料，7—销键。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1、图2所示，本发明的第一实施例，针对槽数Z=48的具体实例，提出了一种低振动噪声电机的定子结构，包括定子轭部1、定子齿部2、导磁阻尼层3、槽楔4、定子绕组5和绝缘材料6，定子轭部1和定子齿部2均采用硅钢片叠压而成，中间通过导磁阻尼层3隔离；定子齿部2内侧有较薄的齿间连接轭，外侧设置定子槽，槽口朝外，槽内安装定子绕组5，定子绕组5通过绝缘材料6和位于外侧槽口的槽楔4固定；定子轭部1和定子齿部2之间的导磁阻尼层3采用改性的橡胶材料制成，具有较好的磁导率（一般相对磁导率）和阻尼性能，位于定子齿部2和定子轭部1之间，预先涂刷、粘接、烧结或灌封在定子轭部1的内侧表面或定子齿部的外表面，然后将定子轭部1和齿部2通过热套的方式装配在一起；所述的槽楔4位于槽口位置，用于将定子线圈压紧，为传递扭矩，定子轭部1、定子齿部2和导磁阻尼层3的配合面采用多边形结构，边数与槽数相同。
本发明是通过定子齿部2气隙侧采用闭口槽，同时将定子齿部2和定子轭部1分离，并在中间增加导磁阻尼层3的方法，来削弱作用于定子轭部1的电磁激振力，更适合于对电机的振动噪声指标有较高要求的变频驱动交流电机。同传统的交流电机定子铁心结构相比，本发明可以显著抑制交流电机的定子开槽齿槽效应引起的高次谐波，同时通过抑制变频供电时的高频分量，改善高频时间谐波引起的电磁激振力；同时，由于导磁阻尼层3的应用，可衰减定子齿部2电磁激振力的传输，通过多种创新方法的应用，可显著削弱定子轭部1的电磁激振力，从而减小定子轭部1和机座的振动和噪声，尤其适合变频驱动的交流电机。
参照图3所示，作为本发明的第二实施例，针对槽数Z=48的具体实例，在第一实施例的基础上，优化了定子轭部1、定子齿部2和导磁阻尼层3配合面的多边形的边数（图示为24），通过调整边数可以进一步优化定子轭部1的模态。
参照图4所示，作为本发明的第三实施例，针对槽数Z=48的具体实例，在第一实施例的基础上，增加了销键7，进一步提高定子齿部2和定子轭部1环向的结合强度，提高扭矩输出的可靠性，具体的销键7数量可以根据实际需要选定。
参照图5所示，作为本发明的第四实施例，针对槽数Z=48的具体实例，定子轭部1、导磁阻尼层3和定子齿部2的配合面采用圆形结构，同时为了提高环向结合强度，必须在定子齿部2、定子轭部1和阻尼层之间增加销键7，销键7的数量可以根据实际需要选定。
图6是传统电机定子铁心的截面简图，图7是本发明方案的定子铁心的截面简图。
本发明的效果是通过多种措施综合应用达到的，既从“源”的角度抑制了定子齿槽效应引起的高阶高次激振力波，又从“路”的角度削弱了激磁力波的高频分量，分别说明如下：
（1）通过取消定子齿部气隙侧的开槽，而改用闭口槽，减少了气隙磁路的齿槽效应，优化了气隙磁密波形，从而抑制了定子开槽引起的高频高次磁激振力波，减少了径向电磁激振力和转矩波动的高频分量；
（2）通过定子齿部气隙侧的闭口槽，大幅增加了定子绕组的槽漏抗，槽漏抗的增加可以抑制供电电流中的高次谐波，尤其是PWM供电产生的开关频率及其衍生边频，进而减少了电枢反应磁场和电磁激振力中的高频分量；
（3）通过在定子齿部和轭部之间增加导磁阻尼层，衰减了作用于定子轭部的电磁激振力。原理如图6、7所示，传统电机在运行时，定转子之间的电磁激振力主要作用于定子齿部的内表面，由于齿部的刚度大，振动衰减小，齿部表面节点A的集中电磁激振力为Ft直接传导至轭部节点B，从而引起轭部的振动和噪声。采用图7的本发明方案后，作用于定子轭部节点D的激振力Fj由电磁激振力Fj1和定子齿部传导的作用力Fj2组成。根据麦克斯韦张量法的原理，Fj1对应的电磁力波密度，其中是导磁阻尼层的相对磁导率，由于≫（为真空磁导率），因此可以认为Fj1很小，Fj主要由Fj2组成。而Fj2是由齿部的电磁激振力Ft通过导磁阻尼层3传导而来，由于定子齿部气隙侧采用了闭口槽，抑制了定子电流中的高次谐波，减少了齿槽效应，优化了气隙磁密的波形，极大削弱了电磁激振力Ft的高频分量，再加上导磁阻尼层3的振动衰减，因此轭部激振力Fj2中的高频分量得到有效抑制，并进而减少了电机的振动和噪声。
上述多种因素的综合作用，既削弱了源头的齿部电磁激振力，又衰减了齿部传递的激振力，总的来说，大幅抑制了定子轭部1的激振力，从而减小了定子轭部1以及机座外侧的振动和噪声，改善了电机的振动和噪声性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种低振动噪声电机的定子结构，其特征在于：包括结构分离的定子轭部（1）和定子齿部（2）以及导磁阻尼层（3）、槽楔（4）、定子绕组（5）、绝缘材料（6），所述的定子轭部（1）、定子齿部（2）均采用硅钢片叠压而成，所述的定子齿部（2）内侧有齿间连接轭，外侧设置定子槽，槽口朝外，槽口内安装定子绕组（5），通过绝缘材料（6）和位于槽口的槽楔（4）固定。
2.根据权利要求1所述的一种低振动噪声电机的定子结构，其特征在于，所述的导磁阻尼层（3）通过涂刷、粘接、烧结或灌封方式设置在定子轭部（1）的内侧表面或定子齿部（2）之间。
3.根据权利要求2所述的一种低振动噪声电机的定子结构，其特征在于，所述的导磁阻尼层（3）为橡胶材料，具有导磁性能，相对磁导率≥7。
4.根据权利要求3所述的一种低振动噪声电机的定子结构，其特征在于，所述的定子轭部（1）和定子齿部（2）通过热套的方式装配在一起。
5.根据权利要求4所述的一种低振动噪声电机的定子结构，其特征在于，所述的定子轭部（1）内侧、定子齿部（2）外侧和导磁阻尼层（3）的配合面采用多边形结构。
6.根据权利要求4所述的一种低振动噪声电机的定子结构，其特征在于，所述的定子轭部（1）内侧、定子齿部（2）外侧和导磁阻尼层（3）的配合面采用圆形的结构。
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