CN106026579A - 一种降低异步电机振动和噪声的转子或定子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低异步电机振动和噪声的转子结构，包括设在转子铁心上的转子齿和转子槽，所述的转子齿上设有转子凹槽。本发明还公开了一种降低异步电机振动和噪声的定子结构，包括设在定子铁心上的定子齿和定子槽，所述的定子齿上设有定子凹槽。本发明通过在转子齿上开设转子凹槽或在定子齿上开设定子凹槽，对一阶定、转子齿谐波磁场相互作用所产生的径向电磁力有明显的削弱抑制作用，从而有效降低异步电机的电磁振动和噪声。

Description

一种降低异步电机振动和噪声的转子或定子结构
技术领域
本发明涉及降低异步电机振动、噪声领域，具体涉及一种降低异步电机振动和噪声的转子或定子结构。
背景技术
异步电机产生的噪声，一般分为机械噪声、通风噪声和电磁噪声。其中不论是噪声频谱分析还是现场试验均表明人的耳朵对电机的电磁噪声特别敏感。电磁噪声能引起强烈的噪声感觉，严重时表现为十分刺耳的啸叫声。只有降低电机电磁噪声才能有效解决电机对人类工作环境和生活环境造成的噪声污染问题。
由于大多数的异步电机的转子表面有槽开口，而槽开口会产生转子磁导齿谐波磁场，同时当电机带载运行时，转子绕组电流会产生转子绕组齿谐波磁场，两者可以矢量叠加为转子齿谐波磁场；同理，由于异步电机的定子表面有槽开口，而槽开口会产生定子磁导齿谐波磁场，同时定子绕组电流会产生定子绕组齿谐波磁场，两者可以矢量叠加为定子齿谐波磁场。当转子齿谐波磁场与定子齿谐波磁场作用时就会产生径向电磁力，引起电机定子、机壳的振动和电磁噪声。
电磁力波引起的振动和噪声一方面与力波的幅值大小有关，另一方面还与力波的空间次数有关，次数越低，定子和机壳的形变就越大，所引起的振动和噪声也越大。通常铁心振动时动态变形的振幅与力波次数的四次方成反比，与力波幅值成正比，故幅值较大的低次数径向力波是引起电磁噪声的主要根源。此外应特别注意的是，铁心和机座都有一定的固有振动频率，当径向力波频率与该固有频率接近甚至相同时，会发生谐振，这时铁心振动及幅射噪声将大大增加。
降低异步电机电磁噪声的措施主要有：(1)采用槽配合；(2)选择转子斜槽距离；(3)严格定子铁心压装工艺，提高电动机装配质水平；(4)适当增大电动机气隙。
公开号为CN 1691470 A的中国发明专利文献公开了一种变极双速三相异步电动机，通过改变现有变极双速三相异步电动机的槽配合，消除或削弱变极双速三相异步电动机在2中极数下气隙中的1阶、2阶、3阶径向电磁力波，减少电磁振动，降低电磁噪声。
公开号为CN 104410183 A的中国发明专利文献公开了一种低电磁噪声的高效节能电动机，通过改变转子铸铝的斜槽的斜槽度来实现降低噪声的目的，不仅使电磁噪声降低达到了标准，而且保持了电气性能参数接近原来要求，符合标准要求。
夏加宽,于冰(《微电机》，定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响,2010,43(7):13-16)公开了定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响，该文通过合理的设计定子齿上的辅助槽，可以有效抑制齿槽转矩。文中定子齿上的辅助槽的工作机理是减小齿槽转矩的力波波长，仅起到抑制齿槽转矩的作用，该文并未提及其对电机噪声的贡献，更未提及这种定子齿上的辅助槽对异步电机的性能影响与适用性。
定、转子槽数很接近时，转子齿顶的宽度将十分接近定子齿谐波的波长，因此转子齿中由定子齿谐波磁通引起的脉振较小，脉振损耗也很小。同样，定子齿中由转子齿谐波磁通引起的脉振损耗也较小。因此，选择异步电机的槽配合，从减少附加损耗出发，定转子槽数应尽量接近，然而由于径向电磁力的力波次数与定、转子槽数的差值密切相关，因此近槽配合时难免会出现力波次数较低的径向电磁力分量，这对电机噪声的降低往往是非常不利的。
发明内容
本发明提出了一种降低异步电机电磁振动和噪声的转子或定子结构，在保持电机其他性能不变或变化很小的情况下，有效降低电机的电磁振动和噪声，同时又不增加材料的使用量。
由于异步电机设计时定子槽数和转子槽数经常采用近槽配合，以提高电机的效率，降低电机的附加转矩，然而近槽配合对电机噪声的降低往往是非常不利的。
本发明中，所述转子槽数和定子槽数采用近槽配合，具体需满足：
Z1-2p-10＜Z2＜Z1+2p+10
其中，Z1为定子槽数，Z2为转子槽数，p为电机极对数。
当不改变电机定子结构时，采用的技术方案如下：
一种降低异步电机振动和噪声的转子或定子，包括设在转子铁心上的转子齿和转子槽，所述的转子齿上设有转子凹槽。
所述转子在现有技术基础上，在转子齿上开设转子凹槽，以达到增加转子气隙磁导齿谐波磁场的空间谐波次数的目的。对于电机振动和噪声而言，转子表面等效的开槽数量大大增加，使定子槽数和转子槽数的配合由近槽配合转为远槽配合，起到减振降噪的效果。
至少在一个转子齿上开设转子凹槽。所述转子凹槽的宽度为转子槽开口宽度的0.5～4倍。
作为优选，所述转子凹槽的宽度为转子槽开口宽度的1～2倍。经过优选，所述转子凹槽产生的一阶磁导齿谐波与所述转子槽产生的一阶磁导齿谐波幅值接近，但相位相反，两者的磁导齿谐波相互叠加后，由一阶转子磁导齿谐波引起的径向电磁力被大幅度削弱。
所述转子凹槽不填充导电材料。由于所述转子内含有导电材料的有效槽数并未改变，且所述转子凹槽的尺寸很小，对电机的效率、功率因数等性能的影响很小。
当不改变电机转子结构时，采用的技术方案如下：
一种降低异步电机振动和噪声的转子或定子，包括设在定子铁心上的定子齿和定子槽，所述的定子齿上设有定子凹槽。
所述定子在现有技术基础上，在定子齿上开设定子凹槽，以达到增加定子气隙磁导齿谐波磁场的空间谐波次数的目的。对于电机振动和噪声而言，定子表面等效的开槽数量大大增加，使定子槽数和转子槽数的配合由近槽配合转为远槽配合，起到减振降噪的效果。由于所述定子内含有绕组的有效槽数并未改变，且所述定子凹槽的尺寸很小，对电机的效率、功率因数等性能的影响很小。
至少在一个定子齿上开设定子凹槽。所述定子凹槽的宽度为定子槽开口宽度的0.1～1.2倍。
作为优选，所述定子凹槽的宽度为定子槽开口宽度的0.3～0.7倍。经过优选，使得在电机的效率、功率因数等性能的变化很小的情况下，由定子一阶磁导齿谐波引起的径向电磁力被大幅度削弱。
本发明通过在转子齿上开设转子凹槽或在定子齿上开设定子凹槽，对一阶定、转子齿谐波磁场相互作用所产生的径向电磁力有明显的削弱抑制作用，从而有效降低电机的电磁振动和噪声。
附图说明
图1为本发明实施例转子和定子拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例转子的结构示意图；
图3为本发明实施例定子的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明实施例选取某电机产品(机座号为：YE2-132S1-2)作为示例，电机的部分参数如下：三相电50Hz、380V、额定功率5.5kW、极对数为1、定子槽数为30和转子槽数为26。如图1所示，图中：1-转子铁心，2-转子槽，3-转子齿，4-定子铁心，5-定子槽，6-定子齿。
电磁噪声中最突出的部分通常是由一阶定、转子齿谐波磁场引起的。对于该电机，低阶的径向电磁力谐波分量如下表所示：
表1
谐波分量 频率(Hz) 力波次数 说明
P1 1400 2 一阶齿谐波
P2 1300 4 一阶齿谐波
P3 1200 6 一阶齿谐波
P4 2700 6 二阶齿谐波
P5 2600 8 二阶齿谐波
P6 2500 10 二阶齿谐波
如表1所示，对于该电机，谐波分量P1和P2的力波次数较小，并且都是由于一阶定、转子齿谐波产生的，因此力波的幅值也最大，所以P1和P2是产生电磁噪声的最重要因素。
尽管本发明实施例选取某电机产品作为示例，然而本发明等效地应用至具有不同转子和定子槽数、槽型各异的异步电机。
实施例1
本实施例保持原电机定子结构不变，在如图1所示的转子齿3上开设一个转子凹槽，就得到了本实施例的转子结构，如图2所示。需要说明的是，所述转子凹槽不能填充导电材料。所述凹槽的形状、尺寸、位置和数量可以根据实际电机实际情况做一定的调整而仍适用于本发明。
对于本实施例的转子结构，由于在转子齿上开设了一个转子凹槽，那么对于转子磁导齿谐波而言，转子表面的等效槽数翻倍。
经优化设计所述转子凹槽的尺寸，使所述转子凹槽的宽度为转子槽宽度的2倍，此时，该转子凹槽所产生的一阶磁导齿谐波与转子原有槽开口所产生的一阶磁导齿谐波幅值基本相同，但相位基本相反，两者的磁导齿谐波相互叠加后，由转子磁导齿谐波引起的P1、P2和P3被大幅度削弱。虽然由于转子凹槽的影响，转子的二阶磁导齿谐波分量可能有所增大，即P4、P5和P6的幅值将增大，但是由于二阶转子齿谐波与二阶定子齿谐波相互作用，相比于一阶磁导齿谐波幅值较小，并且力波次数也增大，因此P4、P5和P6幅值的增大对电机电磁振动和噪声的影响远不如P1、P2和P3幅值的减小明显，从而，电机总体的电磁振动和噪声将明显的减小。
实施例2
本实施例保持原电机转子结构不变，在如图1所示的定子齿6上开设一个定子凹槽，就得到了本实施例的定子结构，如图3所示，所述凹槽的形状、尺寸、位置和数量可以根据实际电机实际情况做一定的调整而仍适用于本发明。
对于本实施例定子结构，由于在定子齿上开设了一个定子凹槽，那么对于定子磁导齿谐波而言，定子表面的等效槽数翻倍。
经优化设计所述定子凹槽的尺寸，使所述定子凹槽的宽度为定子槽宽度的0.6倍，两者的磁导齿谐波相互叠加后，由定子磁导齿谐波引起的P1、P2和P3被大幅度削弱。虽然由于定子凹槽的影响，定子的二阶磁导齿谐波分量可能有所增大，即P4、P5和P6的幅值将增大，但是由于二阶定子齿谐波与二阶转子齿谐波相互作用，相比于一阶磁导齿谐波幅值较小，并且力波次数也增大，因此P4、P5和P6幅值的增大对电机电磁振动和噪声的影响远不如P1、P2和P3幅值的减小来的明显，从而，电机总体的电磁振动和噪声将明显的减小。

Claims (6)

1.一种降低异步电机振动和噪声的转子或定子，包括设在转子铁心上的转子齿和转子槽，其特征在于，所述的转子齿上设有转子凹槽。
2.如权利要求1所述的降低异步电机振动和噪声的转子或定子，其特征在于，所述转子凹槽的宽度为转子槽开口宽度的0.5～4倍。
3.如权利要求1所述的降低异步电机振动和噪声的转子或定子，其特征在于，所述转子凹槽的宽度为转子槽开口宽度的1～2倍。
4.一种降低异步电机振动和噪声的转子或定子，包括设在定子铁心上的定子齿和定子槽，其特征在于，所述的定子齿上设有定子凹槽。
5.如权利要求4所述的降低异步电机振动和噪声的转子或定子，其特征在于，所述定子凹槽的宽度为定子槽开口宽度的0.1～1.2倍。
6.如权利要求4所述的降低异步电机振动和噪声的转子或定子，其特征在于，所述定子凹槽的宽度为定子槽开口宽度的0.3～0.7倍。
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