CN105281518B - 一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机，它包括定子机座，定子机座内设置有定子铁芯，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，槽分布在转子齿之间，槽中设置转子绕组；其特征在于：还包括集电环；位于转子铁芯的一侧或两侧，在转子轴上设置有集电环；转子绕组中的各绕组与集电环连接，集电环再通过电刷与外部静止供电电路连接；定子绕组采用鼠笼绕组，定子铁芯内圆上设置有定子槽，定子槽之间形成定子齿，定子槽内布置有定子鼠笼绕组。本发明能使电机定子受到的极频径向电磁激振力的频率低于10Hz，能减小定子电磁激振力和振动噪声。

Description

一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机

技术领域

本发明涉及一种异步电机，特别是关于一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机。

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。

异步电机因其结构简单，坚固耐用，应用广泛，但是异步电机振动噪声更为复杂。引起异步电机振动噪声的径向电磁激振力中，除了存在普通电机中的频率与极频相关的，也就是频率为供电频率2倍的径向电磁激振力之外，更由于定子、转子均开槽，会引起频率与定子、转子槽数有关的径向电磁激振力，异步电机的径向电磁激振力的频率成分更为丰富，其减振降噪难度更大。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定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机，能使电机定子受到的极频径向电磁激振力的频率低于10Hz，使其不在关注和能够探测的范围内；同时，能降低定子铁芯受到的与定转子槽数有关的分量，从而减小定子电磁激振力和振动噪声。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机，它包括定子机座、定子铁芯、定子齿、定子绕组、转子绕组、转子齿、转子铁芯、轴承和转子轴；所述定子机座内设置有所述定子铁芯，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，所述槽分布在所述转子齿之间，所述槽中设置所述转子绕组；其特征在于：还包括集电环；位于所述转子铁芯的一侧或两侧，在所述转子轴上设置有所述集电环；所述转子绕组中的各绕组与所述集电环连接，所述集电环通过电刷与外部静止供电电路连接；所述定子绕组采用鼠笼绕组，所述定子铁芯内圆上设置有定子槽，所述定子槽之间形成所述定子齿，所述定子槽内布置有所述定子鼠笼绕组。

所述转子绕组为供电绕组，其电流的频率为电源频率。

所述定子齿由若干独立的小齿构成，各所述小齿之间形成所述定子槽，所述定子槽内浇铸铝形成所述定子鼠笼绕组。

所述小齿采用正方形结构或菱形结构；或采用由各所述菱形结构的小齿在轴向上连接形成曲折连续的结构，所述定子槽也为曲折形结构。

所述小齿采用圆形、椭圆形或多边形结构。

所述转子铁芯采用斜槽结构或采用无槽结构。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用在转子轴上位于转子铁芯的一侧或两侧设置集电环，转子绕组中的各绕组与集电环连接，集电环通过电刷与外部静止供电电路连接；定子鼠笼绕组布置在定子铁芯上，不再布置在转子铁芯上，使得定子铁芯受到的极频径向电磁激振力的频率降低到10Hz以下，低于可以检测的范围，从而达到减振的目的。2、本发明采用了特殊的定子齿结构，定子齿不再是连续的，而是由多个分散的小齿组成，小齿的形状可以是正方形、长方形、菱形、圆形、椭圆形或其他多边形结构，该定子齿结构可以使定子铁芯受到的径向电磁激振力变化减小，从而减小定子铁芯的变形和振动。

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是已有的异步电机的横截面示意图，是图2的B-B切面图；

图2是已有的异步电机的轴向截面示意图，是图1的A-A切面图；

图3是本发明的异步电机的横截面示意图，也是图4的B-B切面图；

图4是本发明的异步电机的轴向截面示意图，是图3的A-A切面图；

图5是本发明异步电机的定子齿槽的平面展开图；

图6是本发明异步电机的定子齿槽的平面展开图，图5的C-C切面图；

图7是本发明定子齿中的小齿采用菱形结构时定子齿槽的平面展开图；

图8是本发明定子齿中的小齿采用曲折连续结构时定子齿槽的平面展开图。

具体实施方式

如图1、图2所示，已有的异步电机包括定子机座1、定子铁芯2、定子绕组3、定子齿4、转子铁芯5、转子轴6、轴承7、转子齿8和转子鼠笼绕组9；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。定子机座1内设置有定子铁芯2，定子绕组3固定设置在定子铁芯2的定子齿4之间。转子铁芯5固定设置在转子轴6上，转子轴6能够带动转子铁芯5绕轴心旋转，转子轴6通过轴承7固定设置在定子机座1内，转子铁芯7的外圆周上均匀开设若干槽，槽分布在转子齿8之间，槽中设置转子鼠笼绕组9。

已有的异步电机定子铁芯2和转子铁芯5可以采用直槽或者斜槽工艺，斜槽具有一点减振降噪作用。就电机内部的径向电磁激振力而言，已有的异步电机与普通同步电机或者永磁电机一样，存在着频率与极数成正比的极频径向电磁激振力。此外异步电机还存在与定、转子齿槽数相关的槽频电磁激振力，情况复杂，减振降噪难度大。

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，本发明提供一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机，其结构与现有技术中的异步电机结构类似，也包括定子机座1、定子铁芯2、定子绕组3、定子齿4、转子铁芯5、转子轴6、轴承7、转子齿8和转子绕组9。其特征在于，还包括集电环10；位于转子铁芯5的一侧或两侧，在转子轴6上设置有集电环10；转子绕组9中的各绕组与集电环10连接。在本实施例中可优选集电环10为三个，与转子绕组9连接，集电环10再通过电刷(图中未示出)与外部静止供电电路连接。定子绕组3采用鼠笼绕组，简称定子鼠笼绕组3。定子铁芯2内圆上设置有定子槽，定子槽之间形成定子齿4，定子槽内布置有定子鼠笼绕组3。转子铁芯5的外圆周上均匀开设有若干槽，形成转子齿8，转子槽中设置有转子绕组9；转子绕组9可采用交流电机用的绕组型式，一般为三相对称绕组。

上述实施例中，本发明由于采用定子鼠笼绕组3布置在定子铁芯2上，而定子鼠笼绕组3为短路的绕组，与外部电路不连接。这样处理带来的优势如下：

已有异步电机的定子铁芯2中的磁场交变的频率是供电电源的频率，比如，当采用市电供电时，电源频率为50Hz，定子铁芯2中的磁场变化的频率也为50Hz，该磁场在定子铁芯2上引起的径向电磁激振力的频率为磁场变化频率的2倍，即100Hz，该磁场是电机进行机电能量转换的必要条件，且该磁场幅值最大，因此引起的电磁激振力最大。目前，对于振动检测的仪器设备的最低频率为10Hz，国标要求的最低也是10Hz，而100Hz处于检测范围之内。该电源频率倍频的电磁激振力是减振的困难所在。本发明目的就是针对这一难题，采用转子绕组9为供电绕组，其电流的频率为电源频率，仍以50Hz为例，其产生的磁场相对于转子铁芯5的变化频率仍为50Hz。但是由于转子自身在旋转，导致磁场相对定子铁芯2和定子鼠笼绕组3的变化频率不再是50Hz，而是一个极低的频率。由电机学理论可知，一般异步电机的转差率为0.01～0.05，电机磁场相对于异步电机非电源侧的变化频率为转差频率，即电源频率与转差率的乘积。因此本发明中，磁场相对的定子铁芯2和定子鼠笼绕组3的变化频率是电源频率与转差率的乘积，即(0.01～0.05)×50Hz＝(0.5～2.5)Hz，该变化频率远低于检测设备检测的最低频率10Hz，也就是说本发明异步电机定子铁芯2受到的径向电磁激振力不在检测频率范围内，或者说检测不到，从而实现减振的目的。

上述各实施例中，除了定子鼠笼绕组3布置在定子铁芯2上之外，在定子铁芯2上定子齿4的结构以及定子鼠笼绕组3的布置方式与现有技术也不同。如图5、图6所示，定子齿4不再是沿轴向相同，而是由若干独立的小齿11构成，各小齿11之间形成定子槽12，在该定子槽12内浇铸铝，形成定子鼠笼绕组3，其工艺和制造方法与普通异步电机铸铝转子相同。由于本发明采用若干独立的小齿11，可以使定子铁芯2上各个定子齿4上受到的径向电磁力不是同时的，而是具有分散化作用，使定子铁芯2的受力更均匀，力的变化更小，而引起振动变形的恰恰是力的变化，力不变化，虽然有变形，但是不产生振动。因此，本发明的定子齿4结构和定子鼠笼绕组3可以减小定子受到的频率与定、转子齿槽数有关的径向电磁激振力，达到减振降噪的目的。

上述实施例中，各小齿11可以采用正方形结构(如图5、图6所示)，也可以采用菱形结构(如图7所示)；或采用在菱形结构基础上进行的改进，将各菱形结构的小齿11在轴向上连接形成曲折连续结构的小齿11(如图8所示)，此时，定子槽12也为曲折形结构。其中，曲折连续结构的小齿11的曲折角度和曲折次数可以根据需要进行设置。

上述各实施例中，各小齿11还可以采用圆形、椭圆形或多边形结构。

上述各实施例中，本发明的转子除了可以采用常规电机的齿槽结构之外，转子铁芯5还可以采用斜槽结构或采用无槽结构。在转子铁芯5上布置无槽绕组，可以进一步降低转子开槽引起的径向电磁激振力。

上述各实施例中，本发明的转子绕组9可以与普通电机一样为三相绕组，也可以为多相绕组，如五相、九相、十二相或十五相等等。

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 (5)

1.一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机，它包括定子机座、定子铁芯、定子齿、定子绕组、转子绕组、转子齿、转子铁芯、轴承和转子轴；所述定子机座内设置有所述定子铁芯，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，所述槽分布在所述转子齿之间，所述槽中设置所述转子绕组；其特征在于：还包括集电环；位于所述转子铁芯的一侧或两侧，在所述转子轴上设置有所述集电环；所述转子绕组中的各绕组与所述集电环连接，所述集电环通过电刷与外部静止供电电路连接；所述定子绕组采用鼠笼绕组，所述定子铁芯内圆上设置有定子槽，所述定子槽之间形成所述定子齿，所述定子齿由若干独立的小齿构成，所述定子槽内布置有所述定子鼠笼绕组。

2.如权利要求1所述的一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机，其特征在于：所述转子绕组为供电绕组，其电流的频率为电源频率。

3.如权利要求1所述的一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机，其特征在于：所述小齿采用正方形结构。

4.如权利要求1所述的一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机，其特征在于：所述小齿采用由各菱形结构在轴向上连接形成曲折连续的结构，所述定子槽也为曲折形结构。

5.如权利要求1所述的一种定子具有小齿结构和鼠笼绕组的异步电机，其特征在于：所述小齿采用圆形、椭圆形或多边形结构。