CN107222041B - 对电机定子齿的切向振动进行主动控制的齿结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对电机定子齿的切向振动进行主动控制的齿结构。包括压电执行器、振动传感器、振动控制器和功率放大器，齿的两侧侧面上固定铺设有压电执行器及振动传感器，振动传感器检测采集电机定子齿的切向振动信号，并将切向振动信号发送给振动控制器，振动控制器根据齿上压电执行器的分布、切向振动信号产生一个控制信号输出给功率放大器，功率放大器对振动控制器输入的控制信号进行功率放大，驱动铺设在电机定子齿侧面上的压电执行器来改变电机定子齿的切向动力特性，从而实现对电机定子齿的切向振动进行主动控制。本发明能够对电机定子上齿的切向振动进行主动控制，从而达到控制电机振动和噪声的目的。

Description

对电机定子齿的切向振动进行主动控制的齿结构

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及了一种对电机定子齿的切向振动进行主动控制的齿结构，利用压电执行器来对电机定子上齿的切向振动进行主动控制。

背景技术

电机在国民经济和人们的日常生活中占有重要的地位。电机在工作过程中产生的振动和噪声，不仅影响电机的性能，而且还对环境产生污染。随着人们对机电产品振动和噪声要求的提高，电机的振动和噪声己经成为衡量电机质量一个重要的技术指标。

电机的定子结构无论是采用铁芯与壳体组合的结构还是全部采用铁芯的整体结构，通常都会在定子上开有一定数量的槽，两槽之间的部分称为齿。电机的绕组就按照一定的要求放置在这些槽中。绕组上通电就会在定转子上形成磁场，电机定子磁场与转子磁场的相互作用，以实现机电能量的转换。电机工作过程中齿上必定会受到切向和径向的电磁力，这些电磁力，特别是切向电磁力不仅会引起电机定子上齿的振动，更重要的是齿的振动还会进一步传递到外围的定子上，引起电机整体的振动。对在那些定子上只有几个齿的电机来讲，如旋转电枢式同步电机、直流电机、开关磁阻电机、集中绕组结构的永磁电机等，齿的切向振动更为明显，如果直接在齿上采取减振措施，会取得更明显的减振效果。

目前,对电机定子上齿的切向振动的控制,通常是采用一些被动的控制手段,如增大齿的厚度、采用斜齿、增大气隙、齿上采用高阻尼的材料等，这些措施在一些特定的条件下可能会取得一定的效果，但是当电机的工作状态发生变化后，齿的切向振动仍然十分严重，难以从根本上解决电机的振动和噪声问题。

发明内容

基于振动主动控制技术及压电材料的迅速发展，本发明提出了一种对电机定子齿的切向振动进行主动控制的齿结构及其方式，从而能够对任何条件下电机定子上齿的切向振动进行主动控制，以减小电机的振动和噪声问题。

本发明的技术方案是：

本发明包括压电执行器，齿的两侧侧面上固定铺设有压电执行器，利用铺设在电机定子齿侧面上的压电执行器来改变电机定子齿的动力特性，实现对电机定子齿的振动进行主动控制的目的。

所述的齿位于电机定子内或外周面上，多个齿沿电机定子内或外周面间隔均布。

本发明的压电执行器可以选择地铺设在其中一部分的齿上，也可以是全部的齿上。并且对于每单个齿上的铺设，压电执行器可以是非全覆盖地局部铺设，也可以是全覆盖的铺设。

所述的压电执行器可以是单层、双层或多层压电陶瓷(PZT)、压电聚合物(PVDF)或者压电宏纤维复合材料(MFC)结构或者其中的一种或者几种组合结构。

还包括振动传感器、振动控制器和功率放大器，振动传感器固定在齿的侧面，振动传感器的信号输出端与振动控制器连接，振动控制器经功率放大器与压电执行器连接。

所述的振动传感器检测采集电机定子齿的切向振动信号，并将切向振动信号发送给振动控制器，振动控制器根据齿上压电执行器的分布以及切向振动信号，以定子齿的切向振动最小为目标，按照一定控制方式产生一个控制信号输出给功率放大器，功率放大器对振动控制器输入的控制信号进行功率放大，驱动铺设在电机定子齿侧面上的压电执行器来改变电机定子齿的切向动力特性，从而实现对电机定子齿的切向振动进行主动控制。

所述的控制方式常用的有开关控制、PID(比例-积分-微分)控制、最优控制、自适应控制等。

所述的振动传感器为加速度传感器、速度传感器或应变传感器。

多个所述压电执行器与功率放大器连接时，采用单独方式、串联方式、并联方式或者串并联方式中的一种或者几种组合进行连接。

单独方式：将每个压电执行器分别与功率放大器连接。

串联方式：将多个压电执行器串联后连接到功率放大器。

并联方式：将多个压电执行器并联后连接到功率放大器。

串并联方式：将多个压电执行器先串联后再并联或者先并联再串联后连接到功率放大器。

所述的压电执行器的形状是为长方形，铺设时长方形的短边沿电机轴向。

所述的压电执行器固定在电机定子上齿两侧面的任意一个上或者同时两个上。并且对于同一侧面的铺设或者两侧侧面的铺设，可以是对称铺设，也可以是非对称铺设。

所述的压电执行器的固定铺设方式可以是粘贴方式或者其他任何可行的方式。

在所述齿每侧侧面上，多个压电执行器的铺设方向可以根据需求沿电机轴向布置。

为了对铺设在齿上的压电执行器进行保护，在压电执行器外包裹铺设有其它的材料，其它的材料具体是指一般的金属或塑料、橡胶等非金属材料。

本发明利用压电执行器的逆压电效应，在定子齿表面的径向上铺设一系列的压电执行器，利用固定在齿上的振动传感器用来测量电机定子齿上的切向振动，振动控制器根据齿上压电执行器的分布以及振动传感器测量到的电机定子上齿的振动特征，以定子齿上的切向振动最小为目标设计控制方式产生一个控制信号输出给功率放大器，功率放大器对振动控制器输入的控制信号进行功率放大，驱动覆盖在电机定子齿上的压电执行装置来改变电机定子上齿的切向动力特性，从而达到对电机上齿的切向振动进行主动控制的目的。

本发明的有益效果是：

本发明能够对电机定子上齿的切向振动进行主动控制，使电机的振动得到显著减小。

附图说明

图1是齿周向侧面铺设了压电执行器后整体式电机定子的正视图。

图2是齿周向侧面铺设了压电执行器后整体式电机定子的左向剖面图。

图3是齿周向侧面铺设了压电执行器后整体式电机定子局部的剖面图。

图4是齿周向侧面铺设了压电执行器后组合式电机定子的正视图。

图5是齿周向侧面铺设了压电执行器后组合式电机定子的左向剖面图。

图6是齿周向侧面铺设了压电执行器后组合式电机定子局部的剖面图。

图7为电机定子某齿上压电执行器单独连接的连接图。

图8为电机定子某齿上压电执行器部分并联后的连接图。

图9为带有本发明的电机整体结构正视图。

图10为带有本发明的电机整体结构左视图。

图11为带有本发明的主动控制系统结构框图。

图中：电机(1)，压电执行器(11)、电机定子(12)、定子铁心(121)、机壳(122)、齿(13)、前后端盖(15a及15b)、前后轴承(16a及16b)、左右基脚(14a及14b)；振动传感器(2)，振动控制器(3)，功率放大器(4)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详述。

对于电机定子结构的不同，以两个典型电机结构的实施例进行举例说明，但不限于以下实施例：

实施例1

如附图1和图2所示，本实施例包括整体结构的电机定子12及压电执行器11。整体结构的电机定子12的内表面上布置有几个齿13。

如图3所示，压电执行器11为长方形，沿轴向铺设在齿两侧面a及b的轴向上，铺设方向为轴向，每个压电执行器11沿径向布置铺设，从而形成一种能够对电机定子齿的切向振动进行主动控制的定子齿结构。

压电执行器11可以采用单层、双层或多层压电陶瓷(PZT)，在压电执行器11的外面再铺设有一般的金属材料以对压电执行器11进行保护。

实施例2

如附图4和5所示，本实施例包括组合结构的电机定子12及压电执行器11；组合结构的电机定子12由定子铁心121和机壳122组成，定子铁心121紧固在机壳122的内表面；铁心121内表面上开有几个齿13。

如图6所示，压电执行器11为长方形，并按照一定的规律铺设在齿两侧面a及b的轴向上，铺设方向为轴向，每个压电执行器11沿径向布置铺设，从而形成一种能够对电机定子齿的振动进行主动控制的定子齿结构。

压电执行器11可以采用压电聚合物(PVDF)或者压电宏纤维复合材料(MFC)，在压电执行器11的外面再铺设有一般的塑料、橡胶等非金属材料以对压电执行器11进行保护。

对于电机定子外的其他结构，具体实施的电机1结构如附图9和图10所示，包括电机转子10、齿上铺设有压电执行器的电机定子12、前后端盖15a及15b、前后轴承16a及16b、左右基脚14a及14b。电机转子10通过前后轴承16a及16b固定在前后端盖15a及15b上，前后端盖15a及15b固定在齿侧面铺设有压电执行器的电机定子12的两端，电机定子12通过左右地脚14a及14b固定在基座上。

如附图11所示，电机1上设置振动传感器2，电机1外设有振动控制器3和功率放大器4。一个振动传感器2固定在电机定子齿的侧面a或/及侧面b上，铺设有压电执行器11的每个齿均设置振动传感器2，振动传感器2与振动控制器3相连；振动控制器3与功率放大器4相连；功率放大器4与布置在电机定子齿侧面上的压电执行器11的若干个接头相连。

对于电机定子某齿上压电执行器11的连接方式，举例如附图7和图8所示：

如图7所示，电机齿上的压电执行器11将每个压电执行器的两根线分别形成2n个接头a1+b1,a2+b3,…an+bn，再各自单独连接到功率放大器，其中n为压电执行器的个数。

如图8所示，采用先将若干个具有相同功能的压电执行器进行并联，形成2k个接头a1+b1,a2+b3,…ak+bk，其中k为压电执行器并联支路的个数。其中的并联可以是相邻并联，也可以是跳跃并联。

或者进行单独方式与并联方式相结合的混合连接方式，形成2m接头a1+b1,a2+b3,…a_m+b_m，其中m为压电执行器并联支路的个数与单独连接的压电执行器的个数的和。

振动传感器2固定在电机定子齿的侧面上，以测量电机定子齿的切向振动，并把信号传输给振动控制器3；振动控制器3根据齿上压电执行器的分布以及振动传感器2测量到的电机定子齿的切向振动特性，以电机齿的切向振动最小为目标，按照自适应控制等控制方式输出一个控制信号输入给功率放大器4；功率放大器4对控制器输入的控制信号进行功率放大，然后驱动覆盖在电机定子齿上的压电执行装置来改变电机定子上齿的切向动力特性，从而达到对电机上齿的切向振动进行主动控制的目的。

Claims (6)

1.一种对电机定子齿的切向振动进行主动控制的齿结构，电机定子上设有齿，其特征在于：包括铺设在电机定子齿侧面上的压电执行器，利用铺设在电机定子齿侧面上的压电执行器来改变电机定子齿的动力特性，实现对电机齿的振动进行主动控制的目的；

还包括振动传感器(2)、振动控制器(3)和功率放大器(4)，振动传感器(2)固定在齿的侧面，振动传感器(2)的信号输出端与振动控制器(3)连接，振动控制器(3)经功率放大器(4)与压电执行器(11)连接；

所述的振动传感器(2)检测采集电机定子齿的切向振动信号，并将切向振动信号发送给振动控制器(3)，振动控制器(3)根据齿上压电执行器(11)的分布和振动控制器(3)的切向振动信号，以定子齿的切向振动最小为目标，产生一个控制信号输出给功率放大器(4)，功率放大器(4)对振动控制器(3)输入的控制信号进行功率放大，驱动铺设在电机定子齿侧面上的压电执行器来改变电机定子齿的切向动力特性，从而实现对电机定子齿的切向振动进行主动控制。

2.根据权利要求1所述的一种对电机定子齿的切向振动进行主动控制的齿结构，其特征在于：多个所述压电执行器(11)与功率放大器(4)连接时，采用单独方式、串联方式、并联方式或者串并联方式中的一种或者几种组合进行连接。

3.根据权利要求2所述的一种对电机定子齿的切向振动进行主动控制的齿结构，其特征在于：所述的压电执行器(11)的形状是为长方形，铺设时长方形的短边沿电机轴向。

4.根据权利要求1所述的一种对电机定子齿的切向振动进行主动控制的齿结构，其特征在于：所述的压电执行器(11)固定在电机定子上齿两侧面的任意一个上或者同时两个上。

5.一种电机结构，其特征在于：电机定子上设有权利要求1所述的齿结构。

6.一种电机主动控制系统，其特征在于：电机定子上设有权利要求1所述的齿结构。