CN113972760A - 一种永磁同步电机减振降噪定子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机减振降噪定子，其包括：定子铁心，所述定子铁心上开设有多个沿定子轴向延伸的线槽，线槽之间由定子齿部隔开，定子齿部的内端面开设有沿定子轴向延伸的卡槽；铁心内衬，呈筒形，其外表面与各所述定子齿部的内端面贴合，所述铁心内衬的外表面设置有与所述卡槽相适配的卡固部；所述铁心内衬的通过将卡固部卡设在所述卡槽中，以实现与各所述定子齿部固定连接。采用与电机定子相同导磁材料的定子铁心内衬结构，堵住了电机槽口。因此，槽口处材料与齿部材料相同，槽口的导磁性能较好，此方法相比磁性操楔能更有效消除转矩脉动，降低电机齿槽转矩，达到电机减振降噪目的。
Description
技术领域
本发明属于电机领域，特别涉及一种永磁同步电机减振降噪定子。
背景技术
永磁同步电机具有发热小，功率效率高，噪声低等特点，极限转速和制动特性也比较优良，被作为优选广泛应用于泵，风扇和电动车等。然而电机在工作过程中，往往会伴随着振动产生噪声。评价一款电机性能和质量是否优秀，其振动噪声特性是所有评价标准中非常重要的一个，不正常的振动会加剧电机内部的摩擦，增加损耗，进而会影响电机的使用寿命。
永磁电机永磁体和电枢齿槽的相互作用，容易导致气隙磁密畸变，带来严重的齿槽转矩效应，引起转矩脉动，影响电机的振动噪声和***的控制性能和精度。
目前，永磁同步电机减振降噪常用方法有：选择不同定子齿槽形状、外径、铁心类型、槽之间的配合方式减少振动噪声对电机的影响。采用定子槽和转子磁极组合、分段槽设计、定子槽或转子磁极倾斜结构，虽然可以大幅度降低齿槽转矩，减少电机振动噪声，但是这些结构制造难度较大，增大了加工成本。采用不同厚度永磁体、不对称永磁体组合也可以抑制齿槽转矩，从而降低电机振动噪声，但是因为不对称结构破坏了电机磁场的周期性，产生了不平衡磁拉力，虽然降低了电机的齿槽转矩和转矩波动，但电机的电磁振动噪声可能还会高于原始电机。相比之下，采用无槽口定子结构既可以大幅度降低齿槽转矩，减小电机转矩脉动，从而减少电机振动噪声，又可以让电机为对称结构，不产生不平衡磁拉力。
国内外学者对无槽口电机削弱齿槽转矩从而对永磁同步电机减振降噪的研究主要针对分体式电枢结构，对整体式电枢结构无槽口设计较少。分体式电枢结构，虽然便于实现绕线式绕组在无槽口电机中的嵌线加工，但是该方法会导致电枢冲片加工的工序复杂。分体式电枢结构在对电枢每一块组件进行连接时，往往采用粘合剂或者键等连接方式，其装配为弧向装配，易产生错位等误差，不仅增加了电机的加工成本，还可能导致定子偏心，反而增大电机的振动噪声。并且，考虑到加工成本和加工工艺问题，分体式电枢结构仅适用于小批量加工生产。
永磁同步电机定子铁心内表面开槽设计，考虑到齿槽转矩的作用，定子槽口一般设计较小，极大增加了电机绕线的工艺难度，容易使得电机绕组在批量机绕过程中槽满率很低，过低的槽满率会导致绕组线间和与铁心间的空隙没有被漆基填充，热量不易散出引发绕组短路等故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种永磁同步电机减振降噪定子，该定子采用与电机定子相同导磁材料的定子铁心内衬结构，堵住了电机槽口。因此，槽口处材料与齿部材料相同，槽口的导磁性能较好，此方法相比磁性操楔能更有效消除转矩脉动，降低电机齿槽转矩，达到电机减振降噪目的。
本发明的技术方案是，一种永磁同步电机减振降噪定子，其包括：
定子铁心，所述定子铁心上开设有多个沿定子轴向延伸的线槽，线槽之间由定子齿部隔开，定子齿部的内端面开设有沿定子轴向延伸的卡槽；
铁心内衬，呈筒形，其外表面与各所述定子齿部的内端面贴合，所述铁心内衬的外表面设置有与所述卡槽相适配的卡固部；所述铁心内衬的通过将卡固部卡设在所述卡槽中，以实现与各所述定子齿部固定连接。
本发明的进一步改进在于，所述定子齿部的内端面沿定子铁心的圆周方向延伸形成翼板，相邻所述定子齿部的翼板的边缘之间留有空隙作为线槽的槽口。
本发明的进一步改进在于，所述卡固部为沿所述定子轴向延伸的燕尾楔，所述卡槽为与所述卡固部相适配的燕尾槽。
本发明的进一步改进在于，卡槽以及卡固部的相适配，卡槽的截面形状为半圆形、类矩形或三角形。
本发明的进一步改进在于，所述定子铁心由硅钢片压制形成。
本发明的进一步改进在于，所述铁心内衬由与定子铁心材质相同的硅钢片压制形成。
本发明的有益效果为：
(1)由于铁心内衬这个特殊结构，电枢绕组的原定子槽口在设计时候可以适量放大，使得电机嵌线更加方便，降低了工人劳动强度，提高效率。
(2)采用无槽口电机的设计，可以有效抑制电机齿槽转矩、减小转矩脉动和气隙磁密波形畸变，提高***的性能和精度。
(3)效避免了传统无槽口电机分体式电枢结构需要对电枢每一块组件进行连接，容易产生的定子偏心的问题。铁心内衬装置，适用于各种不同类型，不同尺寸的电机，具有较高的通用性，并且能大幅度减小电机振动，降低电机噪声。
附图说明
图1是本实施例永磁同步电机减振降噪定子的立体视图；
图2是定子铁心的立体视图；
图3是铁心内衬的立体视图；
图4是采用本实施例的定子结构后电机有限元分析划分网格；
图5为采用本实施例的定子结构后电机的齿槽转矩波形对比。
具体实施方式
实施例：如图1所示，本实施例提供一种永磁同步电机减振降噪定子，其适用于包括但不限于的电机可为直流无刷电机、混合励磁电机等。其包括定子铁心10以及铁心内衬20。铁心内衬20设置在定子铁心10的内表面，用于固定连接各定子齿部12。铁心内衬20的内侧呈圆柱形，用于容纳电机的转子。
如图1至3所示，定子铁心10上开设有多个沿定子轴向延伸的线槽11，线槽11之间由定子齿部12隔开，定子齿部12向内延伸，用于供定子绕组缠绕。定子齿部12的内端面朝向铁心内衬，内端面上开设有沿定子轴向延伸的卡槽13。卡槽13的顶端或底端设置有开口。
如图1、2所示，铁心内衬20呈筒形。其外表面与各定子齿部12的内端面贴合。铁心内衬20的外表面设置有与卡槽13相适配的卡固部21。铁心内衬20的通过将卡固部21卡设在所述卡槽13中，以实现与各所述定子齿部12固定连接。
卡槽13以及卡固部21的截面适配即可，可采用半圆形、类矩形、三角形或多边形结构。在一个具体实施例中，卡固部21为沿所述定子轴向延伸的燕尾楔，所述卡槽13为与所述卡固部21相适配的燕尾槽。定子铁心由机器把硅钢片冲压出对应的具体定子形状，按照一定叠压系数叠制而成。铁心内衬20同样由与定子铁心10材质相同的硅钢片压制形成。
定子齿部12的内端面沿定子铁心10的圆周方向延伸形成翼板14，相邻定子齿部12的翼板14的边缘之间留有空隙作为线槽11的槽口15。铁心内衬外表面可以与定子铁心10固定连接，拼接形成一种无槽定子结构，从而抑制电机齿槽转矩，有效减少电机振动噪声，提高***的性能和精度。并且因为铁心内衬的存在，槽口15的槽口宽度L1可以根据电机绕组绕线需要进行适度调节放大，方便机器绕线和手工绕线。铁心内衬可以省去传统的槽楔结构，提升槽内空间，提高电机槽满率，从而提高电机效率和功率密度。
定子的整体结构如图1所示，分为定子铁心10部分和铁心内衬20两部分拼接而组成，特殊的燕尾型槽口设置可以让两部分不另外使用粘合剂就可以实现拼接形成PMSM减振降噪型结构。
本实例以一个4极6槽的表贴式永磁电机为例。如图4所示，定子包括六个绕组，转子具有4片磁体。通过ANSYS Maxwell软件对两种电机结构进行有限元仿真分析，图4为采用PMSM减振降噪型结构后电机网格划分，为了确保分析结果准确，特别对图中铁心内衬部分进行了加密划分处理。
电机齿槽转矩具体仿真方法：设置电机转速以1°/s的恒定速度旋转，并将电机电枢绕组中电流设置为零。可以得到采用PMSM减振降噪型结构前电机和采用PMSM减振降噪型结构后电机的齿槽转矩波形对比如图5所示，齿槽转矩大小为一个电周期内齿槽转矩波形的峰峰值。图中可以看出，有槽口电机齿槽转矩为4.9068N·m，无槽口电机齿槽转矩为2.7595N·m，电机的齿槽转矩得到了有效抑制，齿槽转矩大小削弱了接近44％，验证了本实施例的减振降噪型结构的有效性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种永磁同步电机减振降噪定子，其特征在于，包括：
定子铁心(10)，所述定子铁心上开设有多个沿定子轴向延伸的线槽(11)，线槽(11)之间由定子齿部(12)隔开，定子齿部(12)的内端面开设有沿定子轴向延伸的卡槽(13)；
铁心内衬(20)，呈筒形，其外表面与各所述定子齿部(12)的内端面贴合，所述铁心内衬(20)的外表面设置有与所述卡槽(13)相适配的卡固部(21)；所述铁心内衬(20)的通过将卡固部(21)卡设在所述卡槽(13)中，以实现与各所述定子齿部(12)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机减振降噪定子，其特征在于，所述定子齿部(12)的内端面沿定子铁心(10)的圆周方向延伸形成翼板(14)，相邻所述定子齿部(12)的翼板(14)的边缘之间留有空隙作为线槽(11)的槽口(15)。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机减振降噪定子，其特征在于，所述卡固部(21)为沿所述定子轴向延伸的燕尾楔，所述卡槽(13)为与所述卡固部(21)相适配的燕尾槽。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机减振降噪定子，其特征在于，卡槽以及卡固部的相适配，卡槽的截面形状为半圆形、类矩形或三角形。
5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机减振降噪定子，其特征在于，所述定子铁心(10)由硅钢片压制形成。
6.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机减振降噪定子，其特征在于，所述铁心内衬(20)由与定子铁心(10)材质相同的硅钢片压制形成。
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