CN105141097A - 一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，它包括定子机座，定子机座内固定设置有定子铁芯，定子永磁磁极固定设置在定子铁芯内；转子铁芯固定设置在转子轴上，转子轴通过轴承固定设置在定子机座内，转子铁芯的外圆周上均匀开设若干槽，槽中设置转子电枢绕组；位于转子铁芯的一侧或两侧，在转子轴上设置换向器；转子电枢绕组中的各线圈与换向器连接，再通过电刷与外部静止供电电路连接；在定子铁芯上还设置有磁极铁芯区域，磁极铁芯区域是由凸起部和凹陷部构成的具有均匀磁场变化的磁轭结构；凸起部与凹陷部沿圆周方向和轴向交替排列布置。本发明能有效降低定子铁芯和定子机座的振动，达到减振降噪的目的。

Description

一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机

技术领域

本发明涉及一种直流电机，特别是关于一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机。

背景技术

现代社会已无法离开电机，电机的应用遍及交通运输、工农业生产、信息处理，以及日常生活的各个领域。电机的种类繁多，结构也各有不同，有异步电机、永磁电机、电励磁电机等。各类电机在旋转过程中都会产生振动和噪声，振动噪声是一种环境污染，会对人们健康、日常生活产生不良的影响；在军工领域振动噪声更为重要。因此，降低电机的振动和噪声具有非常重要的意义。

电机的气隙中存在着基波磁场和一系列的谐波磁场。在电机运行过程中，这些气隙磁场之间相互作用，将会产生作用于电机定子铁芯上的切向及径向的电磁力；其中，切向电磁力产生转矩，而径向电磁激振力引起定子铁芯变形。各种周期、各种转速的径向电磁激振力波都分别作用在定子、转子铁芯上，使定子铁芯和机座以及转子出现随时间周期性变化的径向形变，因此产生振动和噪声。

对于直流电机而言，其最突出的径向电磁激振力为与齿槽数相关的槽频电磁激振力，该激振力由于转子电枢开槽，导致磁路磁导变化，引起定子磁极表面的磁密随转子齿槽的运动而变化，从而引起槽频电磁激振力。这类电磁激振力是电机本质造成的，减小和削弱这种电磁激振力存在极大的困难。目前往往采用斜槽或闭口槽，然而斜槽效果不明显，且工艺复杂；闭口槽也会使工艺难度增加。到目前为止，还没有解决电机振动和噪声的较好的方案。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，能有效避免定子铁芯和定子机座产生振动，达到减振降噪的目的。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，它包括定子机座、定子铁芯、定子永磁磁极、转子铁芯、转子轴、轴承、转子电枢绕组和换向器；所述定子机座内固定设置有所述定子铁芯，所述定子永磁磁极固定设置在所述定子铁芯内；所述转子铁芯固定设置在所述转子轴上，所述转子轴通过所述轴承固定设置在所述定子机座内，所述转子铁芯的外圆周上均匀开设若干槽，槽中设置所述转子电枢绕组；位于所述转子铁芯的一侧或两侧，在所述转子轴上设置所述换向器；所述转子电枢绕组中的各线圈与所述换向器连接，再通过电刷与外部静止供电电路连接；其特征在于：在所述定子铁芯上还设置有磁极铁芯区域，所述磁极铁芯区域是由凸起部和凹陷部构成的具有均匀磁场变化的磁轭结构；所述凸起部与所述凹陷部沿圆周方向和轴向交替排列布置。

所述磁极铁芯区域是位于所述定子永磁磁极与所述定子铁芯之间的区域或位于所述定子永磁磁极上铁磁极靴内表面。

所述磁极铁芯区域在圆周方向的宽度为所述定子永磁磁极的宽度，在轴向的长度为所述定子永磁磁极的长度。

所述凹陷部采用正方形、矩形、菱形、圆形或者椭圆形结构。

每个所述凹陷部与所述凸起部的宽度和应与所述转子铁芯上的槽距相同。

所述永磁直流电机采用电励磁直流电机，所述定子永磁磁极采用电励磁磁极，所述磁极铁芯区域位于所述定子永磁磁极的内表面上。

在所述定子永磁磁极内圆表面固定设置一个铜环，所述铜环长度与所述定子铁芯相同，或比所述定子铁芯略长。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用在定子铁芯上设置磁极铁芯区域，定子铁芯不再采用圆环结构，而磁极铁芯区域采用具有均匀磁场变化的磁轭结构。使定子铁芯受到的径向电磁激振力均匀，不随转子齿槽位置变化而变化，减小定子铁芯和机座的振动。2、本发明由于在定子磁极表面采用均匀磁场变化的磁轭结构，使电励磁电机的定子铁芯受到的槽频电磁激振力降低，达到减振目的。3、本发明采用定子磁极内表面布置铜环的方式，减小定子铁芯中因转子齿槽运动导致的磁密变化，起到降低定子电磁激振力的目的。

基于以上优点，本发明可以广泛应用于家用电器、医疗仪器、工业生产、制造业和民用领域的电机系统、航空航天电机电器设备领域、舰船辅助机械和舰船推进等系统领域以及可移动电气系统领域，对系统的减振降噪具有重要意义。

附图说明

图1是已有的永磁直流电机的横截面示意图，是图2的B-B切面图；

图2是已有的永磁直流电机的轴向截面示意图，是图1的A-A切面图；

图3是本发明的永磁直流电机的横截面示意图，也是图2的B-B切面图；

图4是本发明永磁直流电机的磁极下定子磁轭的平面展开图；

图5是本发明永磁直流电机的磁极下定子磁轭的平面展开图，图4的C-C切面图；

图6是本发明永磁直流电机的磁极下定子磁轭的平面展开图，图4的D-D切面图；

图7是本发明永磁直流电机的磁极下定子磁轭的平面展开图，图4的E-E切面图；

图8是本发明永磁直流电机的磁极下定子磁轭的平面展开图，图4的F-F切面图；

图9是当定子铁芯上某一区域正对转子齿时，已有的永磁直流电机的磁极下磁场的磁力线图；

图10是当定子铁芯上某一区域正对着转子槽时，已有的永磁直流电机的磁极下磁场的磁力线图；

图11是当定子铁芯上某一区域正对转子齿时，本发明永磁直流电机的磁极下磁场的磁力线图；

图12是当定子铁芯上某一区域正对着转子槽时，本发明永磁直流电机的磁极下磁场的磁力线图；

图13是本发明直流电机的磁极铁芯区域另一种型式的横截面示意图，也是图2的B-B切面图；

图14是本发明直流电机内设置有铜环时的横截面示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，已有的永磁直流电机包括定子机座1、定子铁芯2、定子永磁磁极3、转子铁芯4、转子轴5、轴承6、转子电枢绕组7和换向器8；其中，定子机座1可采用常规电机的安装方式固定，定子铁芯2是电机磁路的一部分。在定子机座1内固定设置有定子铁芯2，定子永磁磁极3固定设置在定子铁芯2内。位于定子永磁磁极3的N极和S极中间，转子铁芯4固定设置在转子轴5上,转子轴5能够带动转子铁芯4绕轴心旋转，转子轴5通过轴承6固定设置在定子机座1内，转子铁芯4的外圆周上均匀开设若干槽(图中未示出)，槽中设置转子电枢绕组7；转子电枢绕组7采用直流电机用的绕组型式。位于转子铁芯4的一侧或两侧，在转子轴5上设置换向器8；转子电枢绕组7中的各线圈与换向器8连接，再通过电刷(图中未示出)与外部静止供电电路连接。

上述已有的永磁直流电机定子铁芯2为圆环结构，结构简单，加工方便，但是并没有考虑直流电机减振降噪问题。针对这一问题，本发明提供一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图3、图4所示，本发明的直流电机结构与现有技术中的永磁直流电机结构类似，也包括定子机座1、定子铁芯2、定子永磁磁极3、转子铁芯4、转子轴5、轴承6、转子电枢绕组7和换向器8。本发明的特征在于，在定子铁芯2上设置有磁极铁芯区域9，该磁极铁芯区域9是位于定子永磁磁极3与定子铁芯2之间的区域。磁极铁芯区域9是由凸起部10和凹陷部11构成的具有均匀磁场变化的磁轭结构，定子铁芯2其余区域仍可采用光滑结构，这样可以使定子铁芯受2到的径向电磁激振力均匀，不随转子齿槽位置变化而变化，减小定子铁芯2和定子机座1的振动。凸起部10与凹陷部11沿圆周方向和轴向交替排列布置，在圆周方向的宽度为定子永磁磁极3的宽度，在轴向的长度为定子永磁磁极3的长度，即电机的轴向长度。

上述实施例中，凹陷部11可以采用正方形、矩形、菱形、圆形或者椭圆形等结构。如图5～图8所示，沿轴向或者周向的直线看，定子铁芯2的表面有很多凹陷。如图5所示，每个凹陷部11与凸起部10的宽度和应与转子铁芯4上的槽距相同。凹陷部11和凸起部10各自的宽度可根据需要设置。

如图9、图10所示，已有永磁直流电机转子电枢在两个不同位置时，定子永磁磁极3和定子铁芯2，以及转子电枢铁芯4区域的磁力线分布图，这里关心由转子电枢槽引起在定子铁芯2表面的磁密变化。如图9所示，标出的定子铁芯2上区域12由于正对着转子的齿，因此磁路磁阻小，区域12的磁密较高；相比之下，当转子转过半个转子槽距后，如图10所示，此时定子铁芯2上区域12由于正对着转子的槽，因此磁路磁阻大，区域12的磁密较低，可见，转子转过一个齿距，定子铁芯2表面的磁密会发生变化，正是这个变化导致定子铁芯2表面受到的径向电磁激振力也发生周期变化，当转子电枢转过一个齿距，定子铁芯2表面的受力就变化一个周期。也正是有这个力，将导致定子铁芯2和定子机座1发生形变，产生振动。

如图11、图12所示，本发明永磁直流电机转子电枢在两个不同位置时，定子永磁磁极3和定子铁芯2，以及转子电枢铁芯4区域的磁力线分布图。如图11所示，标出的定子铁芯2上区域12由于正对着转子的齿，因此磁路磁阻小，区域12的磁密较高；当转子转过半个转子槽距后，如图12所示，此时虽然定子铁芯2上区域12由于正对着转子的槽，但是由于本发明的定子铁芯2不是光滑表面，而是开有很多凹陷，而此时转子齿正对的位置正好是凹陷部11，因此磁力线13总是选择磁阻最小的通道流通，所以磁力线13仍然会通过定子铁芯2上区域12，也就是说，定子铁芯2上区域12的磁密不会变化，与已有永磁直流电机不同。正是这一不同，使得定子铁芯2上区域12受到的径向电磁激振力不发生变化，从而定子铁芯2和定子机座1不产生振动，达到减振降噪的目的。

上述各实施例中，如图13所示，本发明的永磁直流电机采用电励磁直流电机，此时，定子永磁磁极3采用电励磁磁极，而电励磁磁极为铁芯结构，磁极铁芯区域9位于定子永磁磁极3的内表面14上。当然，也可以在永磁直流电机的永磁磁极3表面加铁芯结构的极靴，磁极铁芯区域9位于定子永磁磁极3的铁磁极靴内表面14上。

上述各实施例中，如图14所示，为了削弱定子铁芯2的电磁激振力，在定子永磁磁极3内圆表面固定设置一个铜环15。铜环15具有一定的厚度，其长度与定子铁芯2相同，或比定子铁芯2略长。当转子齿槽相对铜环15运动，导致铜环15中的磁通发生变化，在铜环15中感应涡流，该涡流能起到削弱因转子齿槽而引起的磁通变化。从而减小定子铁芯2受到的径向电磁激振力，实现减振降噪的目的。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，它包括定子机座、定子铁芯、定子永磁磁极、转子铁芯、转子轴、轴承、转子电枢绕组和换向器；所述定子机座内固定设置有所述定子铁芯，所述定子永磁磁极固定设置在所述定子铁芯内；所述转子铁芯固定设置在所述转子轴上，所述转子轴通过所述轴承固定设置在所述定子机座内，所述转子铁芯的外圆周上均匀开设若干槽，槽中设置所述转子电枢绕组；位于所述转子铁芯的一侧或两侧，在所述转子轴上设置所述换向器；所述转子电枢绕组中的各线圈与所述换向器连接，再通过电刷与外部静止供电电路连接；其特征在于：在所述定子铁芯上还设置有磁极铁芯区域，所述磁极铁芯区域是由凸起部和凹陷部构成的具有均匀磁场变化的磁轭结构；所述凸起部与所述凹陷部沿圆周方向和轴向交替排列布置。

2.如权利要求1所述的一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，其特征在于：所述磁极铁芯区域是位于所述定子永磁磁极与所述定子铁芯之间的区域或位于所述定子永磁磁极上铁磁极靴内表面。

3.如权利要求1或2所述的一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，其特征在于：所述磁极铁芯区域在圆周方向的宽度为所述定子永磁磁极的宽度，在轴向的长度为所述定子永磁磁极的长度。

4.如权利要求1或2所述的一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，其特征在于：所述磁极铁芯区域在圆周方向的宽度为所述定子永磁磁极的宽度，在轴向的长度为所述定子永磁磁极的长度。

5.如权利要求1至4任一项所述的一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，其特征在于：所述凹陷部采用正方形、矩形、菱形、圆形或者椭圆形结构。

6.如权利要求1至4任一项所述的一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，其特征在于：每个所述凹陷部与所述凸起部的宽度和应与所述转子铁芯上的槽距相同。

7.如权利要求1所述的一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，其特征在于：所述永磁直流电机采用电励磁直流电机，所述定子永磁磁极采用电励磁磁极，所述磁极铁芯区域位于所述定子永磁磁极的内表面上。

8.如权利要求1至4、7任一项所述的一种能降低槽频径向电磁激振力的直流电机，其特征在于：在所述定子永磁磁极内圆表面固定设置一个铜环，所述铜环长度与所述定子铁芯相同，或比所述定子铁芯略长。