一種降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種降低異步電機振動和噪聲的轉子結構，包括設在轉子鐵心上的轉子齒和轉子槽，所述的轉子齒上設有轉子凹槽。本發明還公開了一種降低異步電機振動和噪聲的定子結構，包括設在定子鐵心上的定子齒和定子槽，所述的定子齒上設有定子凹槽。本發明通過在轉子齒上開設轉子凹槽或在定子齒上開設定子凹槽，對一階定、轉子齒諧波磁場相互作用所產生的徑向電磁力有明顯的削弱抑制作用，從而有效降低異步電機的電磁振動和噪聲。
【專利說明】
一種降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子結構
技術領域
[0001] 本發明涉及降低異步電機振動、噪聲領域，具體涉及一種降低異步電機振動和噪 聲的轉子或定子結構。
【背景技術】
[0002] 異步電機產生的噪聲，一般分為機械噪聲、通風噪聲和電磁噪聲。其中不論是噪聲 頻譜分析還是現場試驗均表明人的耳朵對電機的電磁噪聲特別敏感。電磁噪聲能引起強烈 的噪聲感覺，嚴重時表現為十分刺耳的嘯叫聲。只有降低電機電磁噪聲才能有效解決電機 對人類工作環境和生活環境造成的噪聲污染問題。
[0003] 由于大多數的異步電機的轉子表面有槽開口，而槽開口會產生轉子磁導齒諧波磁 場，同時當電機帶載運行時，轉子繞組電流會產生轉子繞組齒諧波磁場，兩者可以矢量疊加 為轉子齒諧波磁場;同理，由于異步電機的定子表面有槽開口，而槽開口會產生定子磁導齒 諧波磁場，同時定子繞組電流會產生定子繞組齒諧波磁場，兩者可以矢量疊加為定子齒諧 波磁場。當轉子齒諧波磁場與定子齒諧波磁場作用時就會產生徑向電磁力，引起電機定子、 機殼的振動和電磁噪聲。
[0004] 電磁力波引起的振動和噪聲一方面與力波的幅值大小有關，另一方面還與力波的 空間次數有關，次數越低，定子和機殼的形變就越大，所引起的振動和噪聲也越大。通常鐵 心振動時動態變形的振幅與力波次數的四次方成反比，與力波幅值成正比，故幅值較大的 低次數徑向力波是引起電磁噪聲的主要根源。此外應特別注意的是，鐵心和機座都有一定 的固有振動頻率，當徑向力波頻率與該固有頻率接近甚至相同時，會發生諧振，這時鐵心振 動及幅射噪聲將大大增加。
[0005] 降低異步電機電磁噪聲的措施主要有：（1)采用槽配合；（2)選擇轉子斜槽距離； (3)嚴格定子鐵心壓裝工藝，提高電動機裝配質水平；（4)適當增大電動機氣隙。
[0006] 公開號為CN 1691470 A的中國發明專利文獻公開了一種變極雙速三相異步電動 機，通過改變現有變極雙速三相異步電動機的槽配合，消除或削弱變極雙速三相異步電動 機在2中極數下氣隙中的1階、2階、3階徑向電磁力波，減少電磁振動，降低電磁噪聲。
[0007] 公開號為CN 104410183 A的中國發明專利文獻公開了一種低電磁噪聲的高效節 能電動機，通過改變轉子鑄鋁的斜槽的斜槽度來實現降低噪聲的目的，不僅使電磁噪聲降 低達到了標準，而且保持了電氣性能參數接近原來要求，符合標準要求。
[0008]夏加寬，于冰（《微電機》，定子齒開槽對永磁電機齒槽轉矩的影響，2010,43(7): 13-16)公開了定子齒開槽對永磁電機齒槽轉矩的影響，該文通過合理的設計定子齒上的輔 助槽，可以有效抑制齒槽轉矩。文中定子齒上的輔助槽的工作機理是減小齒槽轉矩的力波 波長，僅起到抑制齒槽轉矩的作用，該文并未提及其對電機噪聲的貢獻，更未提及這種定子 齒上的輔助槽對異步電機的性能影響與適用性。
[0009]定、轉子槽數很接近時，轉子齒頂的寬度將十分接近定子齒諧波的波長，因此轉子 齒中由定子齒諧波磁通引起的脈振較小，脈振損耗也很小。同樣，定子齒中由轉子齒諧波磁 通引起的脈振損耗也較小。因此，選擇異步電機的槽配合，從減少附加損耗出發，定轉子槽 數應盡量接近，然而由于徑向電磁力的力波次數與定、轉子槽數的差值密切相關，因此近槽 配合時難免會出現力波次數較低的徑向電磁力分量，這對電機噪聲的降低往往是非常不利 的。

【發明內容】

[0010] 本發明提出了一種降低異步電機電磁振動和噪聲的轉子或定子結構，在保持電機 其他性能不變或變化很小的情況下，有效降低電機的電磁振動和噪聲，同時又不增加材料 的使用量。
[0011] 由于異步電機設計時定子槽數和轉子槽數經常采用近槽配合，以提高電機的效 率，降低電機的附加轉矩，然而近槽配合對電機噪聲的降低往往是非常不利的。
[0012] 本發明中，所述轉子槽數和定子槽數采用近槽配合，具體需滿足：
[0013] Ζι-2ρ-10<Ζ2<Ζι+2ρ+10
[0014] 其中，&為定子槽數，Z2為轉子槽數，p為電機極對數。
[0015] 當不改變電機定子結構時，采用的技術方案如下：
[0016] -種降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子，包括設在轉子鐵心上的轉子齒和轉 子槽，所述的轉子齒上設有轉子凹槽。
[0017] 所述轉子在現有技術基礎上，在轉子齒上開設轉子凹槽，以達到增加轉子氣隙磁 導齒諧波磁場的空間諧波次數的目的。對于電機振動和噪聲而言，轉子表面等效的開槽數 量大大增加，使定子槽數和轉子槽數的配合由近槽配合轉為遠槽配合，起到減振降噪的效 果。
[0018] 至少在一個轉子齒上開設轉子凹槽。所述轉子凹槽的寬度為轉子槽開口寬度的 0.5~4倍。
[0019] 作為優選，所述轉子凹槽的寬度為轉子槽開口寬度的1~2倍。經過優選，所述轉子 凹槽產生的一階磁導齒諧波與所述轉子槽產生的一階磁導齒諧波幅值接近，但相位相反， 兩者的磁導齒諧波相互疊加后，由一階轉子磁導齒諧波引起的徑向電磁力被大幅度削弱。
[0020] 所述轉子凹槽不填充導電材料。由于所述轉子內含有導電材料的有效槽數并未改 變，且所述轉子凹槽的尺寸很小，對電機的效率、功率因數等性能的影響很小。
[0021] 當不改變電機轉子結構時，采用的技術方案如下：
[0022] -種降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子，包括設在定子鐵心上的定子齒和定 子槽，所述的定子齒上設有定子凹槽。
[0023] 所述定子在現有技術基礎上，在定子齒上開設定子凹槽，以達到增加定子氣隙磁 導齒諧波磁場的空間諧波次數的目的。對于電機振動和噪聲而言，定子表面等效的開槽數 量大大增加，使定子槽數和轉子槽數的配合由近槽配合轉為遠槽配合，起到減振降噪的效 果。由于所述定子內含有繞組的有效槽數并未改變，且所述定子凹槽的尺寸很小，對電機的 效率、功率因數等性能的影響很小。
[0024]至少在一個定子齒上開設定子凹槽。所述定子凹槽的寬度為定子槽開口寬度的 0.1 ~1.2 倍。
[0025]作為優選，所述定子凹槽的寬度為定子槽開口寬度的0.3~0.7倍。經過優選，使得 在電機的效率、功率因數等性能的變化很小的情況下，由定子一階磁導齒諧波引起的徑向 電磁力被大幅度削弱。
[0026] 本發明通過在轉子齒上開設轉子凹槽或在定子齒上開設定子凹槽，對一階定、轉 子齒諧波磁場相互作用所產生的徑向電磁力有明顯的削弱抑制作用，從而有效降低電機的 電磁振動和噪聲。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明實施例轉子和定子拓撲結構示意圖；
[0028] 圖2為本發明實施例轉子的結構示意圖；
[0029] 圖3為本發明實施例定子的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。
[0031] 本發明實施例選取某電機產品（機座號為:YE2-132S1-2)作為示例，電機的部分參 數如下：三相電50Hz、380V、額定功率5.5kW、極對數為1、定子槽數為30和轉子槽數為26。如 圖1所示，圖中：卜轉子鐵心，2-轉子槽，3-轉子齒，4-定子鐵心，5-定子槽，6-定子齒。
[0032] 電磁噪聲中最突出的部分通常是由一階定、轉子齒諧波磁場引起的。對于該電機， 低階的徑向電磁力諧波分量如下表所示：
[0033] 表 1
[0035] 如表1所示，對于該電機，諧波分量P1和P2的力波次數較小，并且都是由于一階定、 轉子齒諧波產生的，因此力波的幅值也最大，所以P1和P2是產生電磁噪聲的最重要因素。
[0036] 盡管本發明實施例選取某電機產品作為示例，然而本發明等效地應用至具有不同 轉子和定子槽數、槽型各異的異步電機。
[0037] 實施例1
[0038]本實施例保持原電機定子結構不變，在如圖1所示的轉子齒3上開設一個轉子凹 槽，就得到了本實施例的轉子結構，如圖2所示。需要說明的是，所述轉子凹槽不能填充導電 材料。所述凹槽的形狀、尺寸、位置和數量可以根據實際電機實際情況做一定的調整而仍適 用于本發明。
[0039]對于本實施例的轉子結構，由于在轉子齒上開設了一個轉子凹槽，那么對于轉子 磁導齒諧波而言，轉子表面的等效槽數翻倍。
[0040]經優化設計所述轉子凹槽的尺寸，使所述轉子凹槽的寬度為轉子槽寬度的2倍，此 時，該轉子凹槽所產生的一階磁導齒諧波與轉子原有槽開口所產生的一階磁導齒諧波幅值 基本相同，但相位基本相反，兩者的磁導齒諧波相互疊加后，由轉子磁導齒諧波引起的P1、 P2和P3被大幅度削弱。雖然由于轉子凹槽的影響，轉子的二階磁導齒諧波分量可能有所增 大，即P4、P5和P6的幅值將增大，但是由于二階轉子齒諧波與二階定子齒諧波相互作用，相 比于一階磁導齒諧波幅值較小，并且力波次數也增大，因此P4、P5和P6幅值的增大對電機電 磁振動和噪聲的影響遠不如PI、P2和P3幅值的減小明顯，從而，電機總體的電磁振動和噪聲 將明顯的減小。
[0041 ] 實施例2
[0042]本實施例保持原電機轉子結構不變，在如圖1所示的定子齒6上開設一個定子凹 槽，就得到了本實施例的定子結構，如圖3所示，所述凹槽的形狀、尺寸、位置和數量可以根 據實際電機實際情況做一定的調整而仍適用于本發明。
[0043]對于本實施例定子結構，由于在定子齒上開設了一個定子凹槽，那么對于定子磁 導齒諧波而言，定子表面的等效槽數翻倍。
[0044]經優化設計所述定子凹槽的尺寸，使所述定子凹槽的寬度為定子槽寬度的0.6倍， 兩者的磁導齒諧波相互疊加后，由定子磁導齒諧波引起的P1、P2和P3被大幅度削弱。雖然由 于定子凹槽的影響，定子的二階磁導齒諧波分量可能有所增大，即P4、P5和P6的幅值將增 大，但是由于二階定子齒諧波與二階轉子齒諧波相互作用，相比于一階磁導齒諧波幅值較 小，并且力波次數也增大，因此P4、P5和P6幅值的增大對電機電磁振動和噪聲的影響遠不如 PI、P2和P3幅值的減小來的明顯，從而，電機總體的電磁振動和噪聲將明顯的減小。
【主權項】
1. 一種降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子，包括設在轉子鐵心上的轉子齒和轉子 槽，其特征在于，所述的轉子齒上設有轉子凹槽。2. 如權利要求1所述的降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子，其特征在于，所述轉子 凹槽的寬度為轉子槽開口寬度的〇. 5~4倍。3. 如權利要求1所述的降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子，其特征在于，所述轉子 凹槽的寬度為轉子槽開口寬度的1~2倍。4. 一種降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子，包括設在定子鐵心上的定子齒和定子 槽，其特征在于，所述的定子齒上設有定子凹槽。5. 如權利要求4所述的降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子，其特征在于，所述定子 凹槽的寬度為定子槽開口寬度的0.1~1.2倍。6. 如權利要求4所述的降低異步電機振動和噪聲的轉子或定子，其特征在于，所述定子 凹槽的寬度為定子槽開口寬度的〇. 3~0.7倍。
【文檔編號】H02K17/02GK106026579SQ201610526557
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月1日
【發明人】沈建新, 周桂煜, 郝鶴, 金孟加
【申請人】浙江大學