本發明涉及電機技術領域，特別是涉及了一種對電機定子齒的切向振動進行主動控制的齒結構，利用壓電執行器來對電機定子上齒的切向振動進行主動控制。

背景技術：

電機在國民經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生的振動和噪聲，不僅影響電機的性能，而且還對環境產生污染。隨著人們對機電產品振動和噪聲要求的提高，電機的振動和噪聲己經成為衡量電機質量一個重要的技術指標。

電機的定子結構無論是采用鐵芯與殼體組合的結構還是全部采用鐵芯的整體結構，通常都會在定子上開有一定數量的槽，兩槽之間的部分稱為齒。電機的繞組就按照一定的要求放置在這些槽中。繞組上通電就會在定轉子上形成磁場，電機定子磁場與轉子磁場的相互作用，以實現機電能量的轉換。電機工作過程中齒上必定會受到切向和徑向的電磁力，這些電磁力，特別是切向電磁力不僅會引起電機定子上齒的振動，更重要的是齒的振動還會進一步傳遞到外圍的定子上，引起電機整體的振動。對在那些定子上只有幾個齒的電機來講，如旋轉電樞式同步電機、直流電機、開關磁阻電機、集中繞組結構的永磁電機等，齒的切向振動更為明顯，如果直接在齒上采取減振措施，會取得更明顯的減振效果。

目前,對電機定子上齒的切向振動的控制,通常是采用一些被動的控制手段,如增大齒的厚度、采用斜齒、增大氣隙、齒上采用高阻尼的材料等，這些措施在一些特定的條件下可能會取得一定的效果，但是當電機的工作狀態發生變化后，齒的切向振動仍然十分嚴重，難以從根本上解決電機的振動和噪聲問題。

技術實現要素：

基于振動主動控制技術及壓電材料的迅速發展，本發明提出了一種對電機定子齒的切向振動進行主動控制的齒結構及其方式，從而能夠對任何條件下電機定子上齒的切向振動進行主動控制，以減小電機的振動和噪聲問題。

本發明的技術方案是：

本發明包括壓電執行器，齒的兩側側面上固定鋪設有壓電執行器，利用鋪設在電機定子齒側面上的壓電執行器來改變電機定子齒的動力特性，實現對電機定子齒的振動進行主動控制的目的。

所述的齒位于電機定子內或外周面上，多個齒沿電機定子內或外周面間隔均布。

本發明的壓電執行器可以選擇地鋪設在其中一部分的齒上，也可以是全部的齒上。并且對于每單個齒上的鋪設，壓電執行器可以是非全覆蓋地局部鋪設，也可以是全覆蓋的鋪設。

所述的壓電執行器可以是單層、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)結構或者其中的一種或者幾種組合結構。

還包括振動傳感器、振動控制器和功率放大器，振動傳感器固定在齒的側面，振動傳感器的信號輸出端與振動控制器連接，振動控制器經功率放大器與壓電執行器連接。

所述的振動傳感器檢測采集電機定子齒的切向振動信號，并將切向振動信號發送給振動控制器，振動控制器根據齒上壓電執行器的分布以及切向振動信號，以定子齒的切向振動最小為目標，按照一定控制方式產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，驅動鋪設在電機定子齒側面上的壓電執行器來改變電機定子齒的切向動力特性，從而實現對電機定子齒的切向振動進行主動控制。

所述的控制方式常用的有開關控制、pid(比例-積分-微分)控制、最優控制、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。

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

單獨方式：將每個壓電執行器分別與功率放大器連接。

串聯方式：將多個壓電執行器串聯后連接到功率放大器。

并聯方式：將多個壓電執行器并聯后連接到功率放大器。

串并聯方式：將多個壓電執行器先串聯后再并聯或者先并聯再串聯后連接到功率放大器。

所述的壓電執行器的形狀是為長方形，鋪設時長方形的短邊沿電機軸向。

所述的壓電執行器固定在電機定子上齒兩側面的任意一個上或者同時兩個上。并且對于同一側面的鋪設或者兩側側面的鋪設，可以是對稱鋪設，也可以是非對稱鋪設。

所述的壓電執行器的固定鋪設方式可以是粘貼方式或者其他任何可行的方式。

在所述齒每側側面上，多個壓電執行器的鋪設方向可以根據需求沿電機軸向布置。

為了對鋪設在齒上的壓電執行器進行保護，在壓電執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。

本發明利用壓電執行器的逆壓電效應，在定子齒表面的徑向上鋪設一系列的壓電執行器，利用固定在齒上的振動傳感器用來測量電機定子齒上的切向振動，振動控制器根據齒上壓電執行器的分布以及振動傳感器測量到的電機定子上齒的振動特征，以定子齒上的切向振動最小為目標設計控制方式產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，驅動覆蓋在電機定子齒上的壓電執行裝置來改變電機定子上齒的切向動力特性，從而達到對電機上齒的切向振動進行主動控制的目的。

本發明的有益效果是：

本發明能夠對電機定子上齒的切向振動進行主動控制，使電機的振動得到顯著減小。

附圖說明

圖1是齒周向側面鋪設了壓電執行器后整體式電機定子的正視圖。

圖2是齒周向側面鋪設了壓電執行器后整體式電機定子的左向剖面圖。

圖3是齒周向側面鋪設了壓電執行器后整體式電機定子局部的剖面圖。

圖4是齒周向側面鋪設了壓電執行器后組合式電機定子的正視圖。

圖5是齒周向側面鋪設了壓電執行器后組合式電機定子的左向剖面圖。

圖6是齒周向側面鋪設了壓電執行器后組合式電機定子局部的剖面圖。

圖7為電機定子某齒上壓電執行器單獨連接的連接圖。

圖8為電機定子某齒上壓電執行器部分并聯后的連接圖。

圖9為帶有本發明的電機整體結構正視圖。

圖10為帶有本發明的電機整體結構左視圖。

圖11為帶有本發明的主動控制系統結構框圖。

圖中：電機(1)，壓電執行器(11)、電機定子(12)、定子鐵心(121)、機殼(122)、齒(13)、前后端蓋(15a及15b)、前后軸承(16a及16b)、左右基腳(14a及14b)；振動傳感器(2)，振動控制器(3)，功率放大器(4)。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳述。

對于電機定子結構的不同，以兩個典型電機結構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，本實施例包括整體結構的電機定子12及壓電執行器11。整體結構的電機定子12的內表面上布置有幾個齒13。

如圖3所示，壓電執行器11為長方形，沿軸向鋪設在齒兩側面a及b的軸向上，鋪設方向為軸向，每個壓電執行器11沿徑向布置鋪設，從而形成一種能夠對電機定子齒的切向振動進行主動控制的定子齒結構。

壓電執行器11可以采用單層、雙層或多層壓電陶瓷(pzt)，在壓電執行器11的外面再鋪設有一般的金屬材料以對壓電執行器11進行保護。

實施例2

如附圖4和5所示，本實施例包括組合結構的電機定子12及壓電執行器11；組合結構的電機定子12由定子鐵心121和機殼122組成，定子鐵心121緊固在機殼122的內表面；鐵心121內表面上開有幾個齒13。

如圖6所示，壓電執行器11為長方形，并按照一定的規律鋪設在齒兩側面a及b的軸向上，鋪設方向為軸向，每個壓電執行器11沿徑向布置鋪設，從而形成一種能夠對電機定子齒的振動進行主動控制的定子齒結構。

壓電執行器11可以采用壓電聚合物(pvdf)或者壓電宏纖維復合材料(mfc)，在壓電執行器11的外面再鋪設有一般的塑料、橡膠等非金屬材料以對壓電執行器11進行保護。

對于電機定子外的其他結構，具體實施的電機1結構如附圖9和圖10所示，包括電機轉子10、齒上鋪設有壓電執行器的電機定子12、前后端蓋15a及15b、前后軸承16a及16b、左右基腳14a及14b。電機轉子10通過前后軸承16a及16b固定在前后端蓋15a及15b上，前后端蓋15a及15b固定在齒側面鋪設有壓電執行器的電機定子12的兩端，電機定子12通過左右地腳14a及14b固定在基座上。

如附圖11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。一個振動傳感器2固定在電機定子齒的側面a或/及側面b上，鋪設有壓電執行器11的每個齒均設置振動傳感器2，振動傳感器2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與布置在電機定子齒側面上的壓電執行器11的若干個接頭相連。

對于電機定子某齒上壓電執行器11的連接方式，舉例如附圖7和圖8所示：

如圖7所示，電機齒上的壓電執行器11將每個壓電執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為壓電執行器的個數。

如圖8所示，采用先將若干個具有相同功能的壓電執行器進行并聯，形成2k個接頭a1+b1,a2+b3,…ak+bk，其中k為壓電執行器并聯支路的個數。其中的并聯可以是相鄰并聯，也可以是跳躍并聯。

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

振動傳感器2固定在電機定子齒的側面上，以測量電機定子齒的切向振動，并把信號傳輸給振動控制器3；振動控制器3根據齒上壓電執行器的分布以及振動傳感器2測量到的電機定子齒的切向振動特性，以電機齒的切向振動最小為目標，按照自適應控制等控制方式輸出一個控制信號輸入給功率放大器4；功率放大器4對控制器輸入的控制信號進行功率放大，然后驅動覆蓋在電機定子齒上的壓電執行裝置來改變電機定子上齒的切向動力特性，從而達到對電機上齒的切向振動進行主動控制的目的。