CN107276299A - 对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构。包括压电执行器、振动传感器、振动控制器和功率放大器，电机定子端盖表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的振动信号并发送给振动控制器，振动控制器根据电机定子端盖上压电执行器的分布和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端盖上的压电执行器来改变电机定子端盖的动力特性，从而实现对电机定子的机械及电磁振动和噪声进行主动控制。本发明能够对电机定子端盖的振动进行主动控制，使电机的振动和噪声得到显著地减小。

Description

对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构
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端盖振动进行主动控制的端盖结构，利用压电执行器对以电磁原理工作的各类电机端盖的振动进行主动控制的技术。
背景技术
以电磁原理工作的各类电机，如感应电机、永磁电机、开关磁阻电机等，是目前电能转换过程中的核心设备，在国民经济和人们的日常生活中占有重要的地位。
电机通常由电机转子、电机定子、电机定子端盖及轴承等部分组成，电机定子端盖既为转子的支撑部件，也是电机定子的约束部件，电机端盖的振动不仅会影响到转子的振动，还会导致电机定子的振动，所以定子端盖的振动对电机的振动有重要的影响。
目前,对电机端盖的振动控制,通常都采用一些被动的控制手段,如加强端盖的厚度、优化电机端盖的结构等，这些措施在一些特定的条件下可能会取得一定的效果，但是当电机的转速或工作状态发生变化后，电机端盖的振动仍然十分严重，难以从根本上解决电机的振动和噪声问题。
发明内容
基于振动主动控制及压电执行器的发展，本发明提出了一种对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构及其方式，能够对任何条件下电机定子的振动进行主动控制，能够对电磁原理工作的各类电机定子端盖振动进行主动控制，以减小电机由机械及电磁引起的振动和噪声问题。
本发明的技术方案是：
本发明包括压电执行器，压电执行器固定铺设在电机定子端盖表面上，利用铺设在电机定子端盖表面上的压电执行器来改变电机定子端盖的动力特性，实现对电机的机械及电磁振动和噪声进行主动控制的目的。
本发明的压电执行器可以选择地铺设在电机定子端盖的局部端面上，也可以是电机定子端盖的全部端面上。
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，振动传感器固定在电机定子的端盖上，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的振动信号并发送给振动控制器，振动控制器根据电机定子端盖上压电执行器的分布以及振动信号，以定子端盖的振动最小为目标，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端盖上的压电执行器来改变电机定子端盖的动力特性，从而实现对电机定子的机械及电磁振动和噪声进行主动控制。
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或环形。铺设时长方形的短边沿电机轴向。环形是指布置绕电机定子端盖端面周围完整圆周的环形。
所述的压电执行器固定在电机定子端盖的内表面或/和外表面。
不同的所述压电执行器的铺设方向可以相同，也可以不同。
所述的压电执行器沿电机径向、周向或与径向成任一角度的方向铺设。
所述的压电执行器可以是对称铺设，也可以是非对称铺设。
所述的压电执行器固定铺设方式可以是粘贴方式或者其他任何可行的方式。
为了对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。
本发明在电机的定子端盖表面的径向及/或周向上铺设一系列的压电执行器；利用固定在电机定子端盖上的振动传感器来测量电机定子端盖的振动；振动控制器按照振动传感器根据端盖上压电执行器的分布以及电机定子端盖的振动信号，以定子端盖的振动最小为目标，按照一定的控制策略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端盖表面上的压电执行器来改变电机定子端盖的动力特性，从而达到对电机的振动和噪声进行主动控制的目的。
本发明的有益效果是：
本发明能够对电机端盖的振动进行主动控制，使电机的振动得到显著减小。
附图说明
图1是压电执行器铺设在电机端盖外表面的剖面图。
图2是压电执行器铺设在电机端盖外表面的A向视图。
图3是压电执行器铺设在电机端盖内表面的剖面图。
图4是压电执行器铺设在电机端盖内表面的A向视图。
图5为电机定子端盖上外侧压电执行器单独连接的连接图。
图6为电机定子端盖上外侧压电执行器部分并联后的连接图。
图7为带有本发明的电机结构的正视图。
图8为带有本发明的电机结构的左视图。
图9为带有本发明的电机主动控制系统结构框图。
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，本实施例包括压电执行器11及电机定子端盖12；电机定子端盖12上设有轴承孔13及与电机定子配合的固定面14。
压电执行器11为长方形或环形，按照轴向及周向分段铺设在电机定子端盖12的外表面上，从而形成了一种能够对电机定子端盖振动进行主动控制的定子端盖结构。
压电执行器11可以是单层、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3和4所示，本实施例包括压电执行器11及电机定子端盖12。电机定子端盖12上开有轴承孔13及与电机定子配合的固定面14。
压电执行器11为长方形或环形，按照轴向或/及周向分段铺设在电机定子端盖12的内表面上，从而形成了一种能够对电机定子端盖振动进行主动控制的定子端盖结构。
压电执行器11可以是压电宏纤维复合材料(MFC)结构，在压电执行器11的外面再铺设有一般的橡胶非金属材料以对压电执行器11进行保护。
本具体实施的电机1结构如附图7和图8所示，包括电机转子10、铺设有压电执行器11的前后端盖12a及12b、前后轴承13a及13b、接线盒15、左右基脚16a及16b及电机定子17。电机转子10通过前后轴承13a及13b固定在前后端盖12a及12b上，铺设有压电执行器的前后端盖12a及12b固定在电机定子17的两端，电机定子17通过左右地脚16a及16b固定在基座上。
如附图9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。振动传感器2固定在电机定子前后两个端盖12a及12b上，用以测量电机定子前后两个端盖的振动，并与振动控制器3相连；振动控制器3与功率放大器4相连；功率放大器4与布置在定子12上的压电执行器11的若干个接头相连。
对于电机定子上压电执行器11的连接方式，举例如附图5和图6所示：
如图5所示，电机定子上的压电执行器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6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或者串联，形成2k个接头a1+b1,a2+b3,…am+bm，其中m为压电执行器并联或者串联支路的个数。其中的并联或者串联均可以是相邻的，也可以是跳跃的。
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,…am+bm，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测量电机定子12端盖上的振动，并把信号传输给振动控制器3；振动控制器3根据压电执行器的分布及连接情况以及基于振动传感器2测量到的电机定子的振动特性，以电机的振动最小为目标，按照PID(比例-积分-微分)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，然后作用在电机定子前后两个端盖12a及12b上的压电执行器11a及11b以改变电机定子前后两个端盖12a及12b的动力特性，以达到对电机定子前后两个端盖12a及12b的振动进行主动控制的目的。

Claims (9)

1.一种对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构，其特征在于：包括固定铺设在电机定子端盖表面上的压电执行器，利用铺设在电机定子端盖表面上的压电执行器来改变电机定子端盖的动力特性，实现对电机的机械及电磁振动和噪声进行主动控制的目的。
2.根据权利要求1所述的一种对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构，其特征在于：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)固定在电机定子的端盖上，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。
3.根据权利要求2所述的一种对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构，其特征在于：所述的振动传感器(2)检测采集电机定子的振动信号并发送给振动控制器(3)，振动控制器(3)根据电机定子端盖上压电执行器(11)的分布和振动传感器(2)的振动信号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端盖上的压电执行器来改变电机定子端盖的动力特性，从而实现对电机的机械及电磁振动和噪声进行主动控制。
4.根据权利要求2所述的一种对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构，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。
5.根据权利要求4所述的一种对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构，其特征在于：
所述的压电执行器(11)的形状是为长方形或环形。
6.根据权利要求1所述的一种对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构，其特征在于：所述的压电执行器(11)固定在电机定子端盖的内表面或/和外表面。
7.根据权利要求1所述的一种对电机定子端盖振动进行主动控制的端盖结构，其特征在于：每个压电执行器(11)沿电机径向、周向或与径向成任一角度的方向铺设。
8.一种电机结构，其特征在于：电机上设有权利要求1所述的端盖结构。
9.一种电机主动控制系统，其特征在于：电机上设有权利要求2所述的端盖结构。
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