本發(fā)明涉及電機技術領域，特別是涉及了一種對電機定子振動進行主動控制的定子結(jié)構(gòu)。

背景技術：

以電磁原理工作的各類電機，如感應電機、永磁電機、開關磁阻電機等，是目前電能轉(zhuǎn)換過程中的核心設備，在國民經(jīng)濟和人們的日常生活中占有重要的地位。

電機在工作過程中產(chǎn)生的振動和噪聲，不僅影響電機的性能，而且對環(huán)境產(chǎn)生污染。隨著人們對機電產(chǎn)品振動和噪聲的關注，電機的振動和噪聲己經(jīng)成為衡量電機產(chǎn)品質(zhì)量一個重要的技術指標。特別是現(xiàn)代電機朝著大電流、高磁密、輕結(jié)構(gòu)化的方向發(fā)展，電機的振動和噪聲問題更為突出。

電機的振動和噪聲由電磁振動和噪聲、機械振動和噪聲、通風振動和噪聲三部分組成。電磁振動和噪聲是由于電機氣隙中電磁場的作用，在定、轉(zhuǎn)子靠近氣隙的表面上產(chǎn)生隨時間和空間變化的電磁力，使定子(包括機座)和轉(zhuǎn)子發(fā)生振動，引起周圍空氣脈動而產(chǎn)生的噪聲。機械振動和噪聲是由轉(zhuǎn)子的不平衡、軸承、電刷等引起的振動和噪聲。通風振動和噪聲是由通風部件，如風扇、風道的空氣流動或由空氣動力引起的振動和噪聲。對于轉(zhuǎn)速不高的電機中，通風振動和噪聲一般也不突出。因此，電磁振動和噪聲就成為許多電機主要的振動和噪聲源，研究電機的電磁振動和噪聲特性，是解決電機振動和噪聲的關鍵。

由于電機的定子是電機實現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換的關鍵部分，電機實現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換時的電磁力就直接作用在定子的內(nèi)或外表面上，所以電機中定子的振動和噪聲是電機振動和噪聲的核心。

目前,對電機定子振動和噪聲的控制,通常是采用一些被動的控制手段,如采用斜槽、增大氣隙、定子上敷設高阻尼的材料等，這些措施在一些特定的條件下可能會取得一定的效果，但是當電機的轉(zhuǎn)速或工作狀態(tài)發(fā)生變化后，電機定子的振動和噪聲仍然十分嚴重，難以從根本上解決電機的振動和噪聲問題。

技術實現(xiàn)要素：

基于振動主動控制及壓電執(zhí)行器的發(fā)展，本發(fā)明提出了一種對電機定子振動進行主動控制的定子結(jié)構(gòu)，利用壓電執(zhí)行器對以電磁原理工作的各類電機定子的電磁及機械振動進行主動控制，能夠?qū)θ魏螚l件下電機定子的振動進行主動控制，以減小電機由機械及電磁引起的振動和噪聲問題。

本發(fā)明的技術方案是：

本發(fā)明包括壓電執(zhí)行器，電機定子表面上固定鋪設有壓電執(zhí)行器，利用鋪設在電機定子表面上的壓電執(zhí)行器來改變電機定子的動力特性，實現(xiàn)對電機的機械及電磁振動和噪聲進行主動控制的目的。

本發(fā)明的壓電執(zhí)行器可以選擇地鋪設在電機定子的局部表面上，也可以是電機定子的全部表面上。

所述的壓電執(zhí)行器可以為單層、雙層或多層壓電陶瓷(pzt)、壓電聚合物(pvdf)或者壓電宏纖維復合材料(mfc)結(jié)構(gòu)或者其中的一種或者幾種組合結(jié)構(gòu)。

還包括振動傳感器、振動控制器和功率放大器，振動傳感器固定在電機定子的表面及/或地腳上，振動傳感器的信號輸出端與振動控制器連接，振動控制器經(jīng)功率放大器與壓電執(zhí)行器連接。

所述的振動傳感器檢測采集電機定子的振動信號并發(fā)送給振動控制器，振動控制器根據(jù)電機定子上壓電執(zhí)行器的分布以及振動信號，以定子的振動最小為目標，按照一定控制方式產(chǎn)生一個控制信號輸出給功率放大器，功率放大器對振動控制器輸入的控制信號進行功率放大，驅(qū)動鋪設在電機定子上的壓電執(zhí)行器來改變電機定子的動力特性，從而實現(xiàn)對電機定子的機械及電磁振動和噪聲進行主動控制。

控制方式常用的有開關控制、pid(比例-積分-微分)控制、最優(yōu)控制、自適應控制等。

所述的振動傳感器為加速度傳感器、速度傳感器或應變傳感器。

多個所述壓電執(zhí)行器與功率放大器連接時，采用單獨方式、串聯(lián)方式、并聯(lián)方式或者串并聯(lián)方式中的一種或者幾種組合進行連接。

單獨方式：將每個壓電執(zhí)行器分別與功率放大器連接。

串聯(lián)方式：將多個壓電執(zhí)行器串聯(lián)后連接到功率放大器。

并聯(lián)方式：將多個壓電執(zhí)行器并聯(lián)后連接到功率放大器。

串并聯(lián)方式：將多個壓電執(zhí)行器先串聯(lián)后再并聯(lián)或者先并聯(lián)再串聯(lián)后連接到功率放大器。

所述的壓電執(zhí)行器的形狀是為長方形、瓦片形或環(huán)形。鋪設時可以按照任意方向鋪設，環(huán)形是指繞電機定子表面周向完整或部分圓周的環(huán)形。

所述的壓電執(zhí)行器固定在電機定子的內(nèi)表面或/和外表面。

不同所述的壓電執(zhí)行器的鋪設方向可以相同，也可以不同。

所述的壓電執(zhí)行器可以沿電機軸向、周向或與軸線成任一角度的方向鋪設。

所述的壓電執(zhí)行器可以是對稱鋪設，也可以是非對稱鋪設。

所述的壓電執(zhí)行器固定鋪設方式可以是粘貼方式或者其他任何可行的方式。

為了對壓電執(zhí)行器進行保護，在壓電執(zhí)行器外包裹鋪設有其它的材料，其它的材料具體是指一般的金屬或塑料、橡膠等非金屬材料。

本發(fā)明在電機的定子外表面或定子鐵芯與殼體之間的軸向、周向或與軸線成某一角度的方向上鋪設一系列的薄片狀的壓電執(zhí)行器，利用振動傳感器來測量電機定子及/或地腳的振動，振動控制器根據(jù)壓電執(zhí)行器的分布及連接情況以及振動傳感器測量到的電機定子及/或地腳上的振動信號，以定子的振動最小為目標，按照一定的控制策略產(chǎn)生一個控制信號輸出給功率放大器，功率放大器對振動控制器輸入的控制信號進行功率放大來驅(qū)動鋪設在電機的定子外表面或定子鐵芯與殼體之間的壓電執(zhí)行器來改變電機定子的動力特性，從而達到對電機的機械及電磁振動和噪聲進行主動控制的目的。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明能夠?qū)﹄姍C的機械及電磁振動進行主動控制，使電機定子的振動和噪聲得到顯著減小。

附圖說明

圖1是鋪設有壓電執(zhí)行器的電機整體式定子結(jié)構(gòu)的正視圖。

圖2是鋪設有壓電執(zhí)行器的電機整體式定子結(jié)構(gòu)的左視剖面圖。

圖3是鋪設有壓電執(zhí)行器的電機組合式定子結(jié)構(gòu)的正視圖。

圖4是鋪設有壓電執(zhí)行器的電機組合式定子結(jié)構(gòu)的左視剖面圖。

圖5為電機定子上壓電執(zhí)行器單獨連接的連接圖。

圖6為電機定子上壓電執(zhí)行器部分并聯(lián)后的連接圖。

圖7為帶有本發(fā)明的電機結(jié)構(gòu)的正視圖。

圖8為帶有本發(fā)明的電機結(jié)構(gòu)的左視圖。

圖9為帶有本發(fā)明的電機主動控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳述。

對于電機定子結(jié)構(gòu)的不同，以兩個典型電機結(jié)構(gòu)的實施例進行舉例說明，但不限于以下實施例：

實施例1

如附圖1和圖2所示，本實施例包括壓電執(zhí)行器11及整體結(jié)構(gòu)的定子12；所述的整體結(jié)構(gòu)的定子12上設有引線盒13及左右基腳14a及14a。

壓電執(zhí)行器11為條狀或瓦塊狀，如圖1所示，按照軸向和周向分段鋪設在電機定子12的外表面上，形成一種能夠?qū)﹄姍C定子振動進行主動控制的定子結(jié)構(gòu)。

壓電執(zhí)行器11可以是單層、雙層或多層壓電陶瓷(pzt)，在壓電執(zhí)行器11的外面再鋪設有一般的金屬對壓電執(zhí)行器11進行保護。

實施例2

如附圖3和4所示，本實施例包括壓電執(zhí)行器11及組合結(jié)構(gòu)的定子12；所述的組合結(jié)構(gòu)的定子12由定子殼體121及鐵心122組成，殼體121與定子鐵心122之間剛性連接，定子上設有引線盒13及左右基腳14a及14b。

壓電執(zhí)行器1為條狀或瓦塊狀，沿著軸向或/和周向分段鋪設在殼體121與定子鐵心122之間，從而形成一種能夠?qū)﹄姍C定子振動進行主動控制的定子結(jié)構(gòu)。

壓電執(zhí)行器11可以是壓電聚合物(pvdf)，在壓電執(zhí)行器11的外面再鋪設有一般的塑料非金屬材料以對壓電執(zhí)行器11進行保護。

對于電機定子外的其他結(jié)構(gòu)，具體實施的電機1結(jié)構(gòu)如附圖7和圖8所示，包括電機轉(zhuǎn)子16、帶有壓電執(zhí)行器1的電機定子12、前后端蓋15a及15b、前后軸承17a及17b及左右基腳14a及14b。電機轉(zhuǎn)子16通過前后軸承17a及17b固定在前后端蓋15a及16b上，前后端蓋15a及15b固定在帶有壓電執(zhí)行器的電機定子12的兩端，帶有壓電執(zhí)行器的電機定子12通過左右地腳14a及14b固定在基座上。

如附圖9所示，電機1上設置振動傳感器2，電機1外設有振動控制器3和功率放大器4。振動傳感器2固定在電機定子12的外表面及/或左右地腳14a及14b的上，并與振動控制器3相連；振動控制器3與功率放大器4相連；功率放大器4與布置在定子12上的壓電執(zhí)行器11的若干個接頭相連。

對于電機定子上壓電執(zhí)行器11的連接方式，舉例如附圖5和圖6所示：

如圖5所示，電機定子上的壓電執(zhí)行器11將每個壓電執(zhí)行器的兩根線分別形成2n個接頭a1+b1,a2+b3,…an+bn，再各自單獨連接到功率放大器，其中n為壓電執(zhí)行器的個數(shù)。

如圖6所示，采用先將若干個具有相同功能的壓電執(zhí)行器進行并聯(lián)或者串聯(lián)，形成2k個接頭a1+b1,a2+b3,…am+bm，其中m為壓電執(zhí)行器并聯(lián)或者串聯(lián)支路的個數(shù)。其中的并聯(lián)或者串聯(lián)均可以是相鄰的，也可以是跳躍的。

或者進行單獨方式與并聯(lián)方式相結(jié)合的混合連接方式，形成2m接頭a1+b1,a2+b3,…am+bm，其中m為壓電執(zhí)行器并聯(lián)支路的個數(shù)與單獨連接的壓電執(zhí)行器的個數(shù)的和。

振動傳感器2測量電機定子12及/或左右地腳14a，14b上的振動，并把信號傳輸給振動控制器3；振動控制器3根據(jù)壓電執(zhí)行器的分布及連接情況以及基于振動傳感器2測量到的電機定子的振動特性，以電機的振動最小為目標，按照開關控制方式輸出一個控制信號，輸入給功率放大器4；所述功率放大器4對控制器輸入的控制信號進行功率放大，然后利用鋪設在電機定子12表面或殼體121與定子鐵心122之間的壓電執(zhí)行器11來改變電機定子的動力特性，以達到對電機定子12的振動進行主動控制的目的。