CN112953048A - 一种削弱电机电磁激振力的定子结构 - Google Patents

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张经纬
余虎
龙文枫
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Abstract

本发明公开了一种削弱电机电磁激振力的定子结构，包括定子齿部、定子轭部、导磁阻尼层、定子绕组、槽楔、绝缘材料等，定子铁心的齿部和轭部在结构上分离，中间由导磁阻尼层隔离；所述的定子齿部外侧只有较薄的齿间连接轭，外侧成圆形或多边形布置方式，以与定子轭部配合，并传递扭矩；所述的定子轭部内侧与定子齿部配合，配合面成圆形或多边形布置；定子齿部和轭部之间的导磁阻尼层通过涂刷、粘接、烧结或灌封等工艺装配在一起；相较于传统电机，作用于轭部的激振力被削弱，高次谐波得到有效的抑制，减少了电机轭部和机座外侧的振动及噪声，尤其是对PWM供电引起的开关频率及衍生频率具有较好的抑制效果，适合于对振动噪声抑制有较高要求的交流电机。

Description

一种削弱电机电磁激振力的定子结构
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种削弱电机电磁激振力的定子结构。
背景技术
近年来，工业、国防等应用领域对交流电机（感应电机、永磁同步电机等）的性能提出了越来越高的要求，电机的振动噪声问题逐渐成为了研究人员关注的热点。交流电机的振动噪声主要由作用于定子齿部表面的电磁激振力引起。常规交流电机的定子铁心是整体结构，定子齿部和轭部连接在一起。
电机工作时，气隙中的气隙磁密在定子齿部表面产生径向和切向电磁激振力，由于定子硅钢片的刚度较大，振动衰减较小，齿部表面的电磁激振力传导到轭部后引起铁心的振动，并进而产生噪声。尤其是PWM供电引起的高次谐波电流容易产生大量的开关频率及衍生频率，显著恶化了电机的振动和噪声性能，并且缺乏行之有效的抑制措施。
发明内容
本发明专利的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提出一种削弱电机电磁激振力的定子结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种削弱电机电磁激振力的定子结构，包括定子轭部、定子齿部、导磁阻尼层、定子绕组、绝缘材料、槽楔等，所述的定子轭部、定子齿部结构分离，均采用硅钢片叠压而成，中间由导磁阻尼层隔离，所述的定子齿部外侧设有较薄的齿间连接轭，内侧设置有定子槽，槽口位于内侧，槽内安装定子绕组，定子绕组通过绝缘材料和位于槽口外侧的槽楔固定。
所述的一种削弱电机电磁激振力的定子结构，其导磁阻尼层具有较好的磁导率（相对磁导率）和阻尼性能，预先涂刷、粘接、烧结或灌封在定子轭部的内侧表面或定子齿部的外表面，然后装配在一起。
所述的一种削弱电机电磁激振力的定子结构，其导磁阻尼层为改性的橡胶材料，具有导磁性能，相对磁导率≥7。
所述的一种削弱电机电磁激振力的定子结构，定子轭部和定子齿部通过热套的方式装配在一起，为传递扭矩，所述的定子轭部内侧、定子齿部外侧和导磁阻尼层的配合面采用多边形结构或者圆形的结构。
本发明的有益效果是：通过采用定子齿部和定子轭部分离，并在中间增加导磁阻尼层的方式，改进了定子齿部电磁激振力的传递路径，进而改变了轭部激振力的分布和组成。由于导磁阻尼层具有较高的磁导率，不仅可以减少磁路的磁阻，而且可以大幅削弱定子轭部的电磁激振力。根据麦克斯韦张量法，作用于轭部的电磁激振力幅值反比于导磁阻尼层的磁导率，因此轭部的电磁激振力幅值大幅减少，主要的激振力由齿部通过导磁阻尼层传导而来，由于导磁阻尼层刚度较小，振动衰减较大，尤其是对高频电磁激振力具有较高的抑制作用。
同传统的定子铁心结构相比，本发明通过采用定子齿部和轭部分离、定子齿部和轭部之间增加导磁阻尼层等措施，削弱了轭部电磁激振力的大小，同时衰减了定子齿部向定子轭部传导的电磁激振力，相较于传统的方案，显著抑制了定子轭部的电磁激振力，尤其是其中的高频分量，改善了电磁激振力引起的振动和噪声。本发明结构新颖，对电机的电磁激振力以及由此引起的振动噪声具有较好的抑制效果。
附图说明
图1是本发明第一实施例的结构示意图；
图2是图1中A部分的局部放大图；
图3是本发明第二实施例的结构示意图；
图4是本发明第三实施例的结构示意图；
图5是本发明第四实施例的结构示意图；
图6是传统电机定子铁心的截面简图；
图7是本发明方案的定子铁心的截面简图。
各附图标记为：1—定子轭部，2—定子齿部，3—导磁阻尼层，4—定子绕组，5—绝缘材料，6—槽楔，7—销键。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1、图2所示，作为本发明的第一实施例，针对槽数Z=48的具体实例，提出了一种削弱电机电磁激振力的定子结构，包括定子轭部1、定子齿部2、导磁阻尼层3、定子绕组4、绝缘材料5和槽楔6，定子轭部1和定子齿部2均采用硅钢片叠压而成，中间通过导磁阻尼层3隔离；定子轭部1和定子齿部2之间的导磁阻尼层采用改性的橡胶材料制成，具有较好的磁导率（一般相对磁导率）和阻尼性能，涂刷、粘接、烧结或灌封在定子齿部和轭部之间；为传递扭矩，定子轭部1、定子齿部2和导磁阻尼层3的配合面采用多边形结构，边数与槽数相同；所述的定子齿部2外侧有较薄的齿间连接轭，内侧设置有定子槽，槽内安装定子绕组4，定子绕组4通过绝缘材料5和位于槽口外侧的槽楔6固定。
本发明是通过将定子轭部1和定子齿部2分离，并在中间增加导磁阻尼层3的方法，来抑制作用于轭部的电磁激振力，削弱定子齿部传导的激振力力，更适合于对电机的振动噪声指标有较高要求的变频驱动交流电机。同传统的交流电机定子铁心结构相比，本发明由于导磁阻尼层的应用，可以显著削弱定子轭部的电磁激振力，抑制电机齿部传导的作用力，进而衰减定子轭部的激振力，尤其是PWM供电引起的开关频率及其衍生频率等高频分量，从而减小定子轭部和机座的振动和噪声，尤其适合变频驱动的交流电机。
参照图3所示，作为本发明的第二实施例，针对槽数Z=48的具体实例，在第一实施例的基础上，优化了定子轭部1、定子齿部2和导磁阻尼层3配合面的多边形的边数（图示为24），通过调整边数可以进一步优化定子轭部的模态；
参照图4所示，作为本发明的第三实施例，针对槽数Z=48的具体实例，定子轭部1、导磁阻尼层3和定子齿部2的配合面采用圆形结构。
参照图5所示，作为本发明的第四实施例，针对槽数Z=48的具体实例，在第三实施例的基础上，增加了销键7，进一步提高定子齿部2和定子轭部1环向的结合强度，提高扭矩输出的可靠性，销键7的具体数量可以根据实际需要选定；图6是传统电机定子铁心的截面简图，图7是本发明方案的定子铁心的截面简图。
本发明的效果是通过将定子齿部和定子轭部分离，并在二者之间增加导磁阻尼层来实现的。原理如图6、图7所示，传统电机在运行时，定转子之间的电磁激振力主要作用于定子齿部的内表面，以齿部内表面某一节点A为例，某一时刻，作用于该节点上的集中电磁激振力为Ft，如图所示，相应的轭部某一节点B，因为力的传导，受到集中电磁激振力Fj的作用。由于齿部的刚度大，振动衰减很小，可以认为Fj=Ft，因此齿部的电磁激振力直接传导至轭部，引起轭部的振动和噪声。
采用图7的本发明方案后，某一时刻，作用于定子齿部节点C的集中电磁力为Ft，作用于定子轭部节点D的激振力为Fj，Fj由轭部的电磁激振力Fj1和定子齿部传导的作用力Fj2组成，Fj=Fj1+Fj2。根据麦克斯韦张量法的原理，Fj1对应的电磁力波密度，其中是导磁阻尼层的相对磁导率，调节的大小，可以改变Fj1和Fj2的组成。由于≫（为真空磁导率），因此定子轭部的电磁激振力大幅减少，作用于定子轭部的激振力Fj主要由Fj2组成。而Fj2主要由齿部电磁力传导而来。由于导磁阻尼层的刚度较小，振动损耗较大，尤其是对高次谐波衰减更为显著，因此齿部传导的电磁力的高频分量得到有效抑制，从而整体上削弱了定子轭部的激振力以及由此引起的振动和噪声，改善了电机的综合性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种削弱电机电磁激振力的定子结构，其特征在于：包括结构分离的定子轭部（1）和定子齿部（2）以及导磁阻尼层（3）、定子绕组（4）、槽楔（6）、绝缘材料（6），所述的定子轭部（1）、定子齿部（2）均采用硅钢片叠压而成，所述的定子齿部（2）外侧有齿间连接轭，内侧设置有定子槽，槽内安装定子绕组（4），通过绝缘材料（5）和位于槽口的槽楔（6）固定。
2.根据权利要求1所述的一种削弱电机电磁激振力的定子结构，其特征在于，所述的导磁阻尼层（3）通过涂刷、粘接、烧结或灌封方式设置在定子轭部（1）和定子齿部（2）之间。
3.根据权利要求2所述的一种削弱电机电磁激振力的定子结构，其特征在于，所述的导磁阻尼层（3）为改性的橡胶材料，具有导磁性能，相对磁导率≥7。
4.根据权利要求3所述的一种削弱电机电磁激振力的定子结构，其特征在于，所述的定子轭部（1）内侧、定子齿部（2）外侧和导磁阻尼层（3）的配合面采用多边形结构。
5.根据权利要求3所述的一种削弱电机电磁激振力的定子结构，其特征在于，所述的定子轭部（1）内侧、定子齿部（2）外侧和导磁阻尼层（3）的配合面采用圆形的结构。
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