對(duì)電機(jī)定子振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制的定子結(jié)構(gòu)的制作方法

本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及了一種對(duì)電機(jī)定子振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制的定子結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

以電磁原理工作的各類(lèi)電機(jī)，如感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等，是目前電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中的核心設(shè)備，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們的日常生活中占有重要的地位。

電機(jī)在工作過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，不僅影響電機(jī)的性能，而且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。隨著人們對(duì)機(jī)電產(chǎn)品振動(dòng)和噪聲的關(guān)注，電機(jī)的振動(dòng)和噪聲己經(jīng)成為衡量電機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。特別是現(xiàn)代電機(jī)朝著大電流、高磁密、輕結(jié)構(gòu)化的方向發(fā)展，電機(jī)的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題更為突出。

電機(jī)的振動(dòng)和噪聲由電磁振動(dòng)和噪聲、機(jī)械振動(dòng)和噪聲、通風(fēng)振動(dòng)和噪聲三部分組成。電磁振動(dòng)和噪聲是由于電機(jī)氣隙中電磁場(chǎng)的作用，在定、轉(zhuǎn)子靠近氣隙的表面上產(chǎn)生隨時(shí)間和空間變化的電磁力，使定子(包括機(jī)座)和轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)，引起周?chē)諝饷}動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。機(jī)械振動(dòng)和噪聲是由轉(zhuǎn)子的不平衡、軸承、電刷等引起的振動(dòng)和噪聲。通風(fēng)振動(dòng)和噪聲是由通風(fēng)部件，如風(fēng)扇、風(fēng)道的空氣流動(dòng)或由空氣動(dòng)力引起的振動(dòng)和噪聲。對(duì)于轉(zhuǎn)速不高的電機(jī)中，通風(fēng)振動(dòng)和噪聲一般也不突出。因此，電磁振動(dòng)和噪聲就成為許多電機(jī)主要的振動(dòng)和噪聲源，研究電機(jī)的電磁振動(dòng)和噪聲特性，是解決電機(jī)振動(dòng)和噪聲的關(guān)鍵。

由于電機(jī)的定子是電機(jī)實(shí)現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分，電機(jī)實(shí)現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換時(shí)的電磁力就直接作用在定子的內(nèi)或外表面上，所以電機(jī)中定子的振動(dòng)和噪聲是電機(jī)振動(dòng)和噪聲的核心。

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于振動(dòng)主動(dòng)控制及壓電執(zhí)行器的發(fā)展，本發(fā)明提出了一種對(duì)電機(jī)定子振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制的定子結(jié)構(gòu)，利用壓電執(zhí)行器對(duì)以電磁原理工作的各類(lèi)電機(jī)定子的電磁及機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制，能夠?qū)θ魏螚l件下電機(jī)定子的振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制，以減小電機(jī)由機(jī)械及電磁引起的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括壓電執(zhí)行器，電機(jī)定子表面上固定鋪設(shè)有壓電執(zhí)行器，利用鋪設(shè)在電機(jī)定子表面上的壓電執(zhí)行器來(lái)改變電機(jī)定子的動(dòng)力特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的機(jī)械及電磁振動(dòng)和噪聲進(jìn)行主動(dòng)控制的目的。

本發(fā)明的壓電執(zhí)行器可以選擇地鋪設(shè)在電機(jī)定子的局部表面上，也可以是電機(jī)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(fù)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(dòng)傳感器、振動(dòng)控制器和功率放大器，振動(dòng)傳感器固定在電機(jī)定子的表面及/或地腳上，振動(dòng)傳感器的信號(hào)輸出端與振動(dòng)控制器連接，振動(dòng)控制器經(jīng)功率放大器與壓電執(zhí)行器連接。

所述的振動(dòng)傳感器檢測(cè)采集電機(jī)定子的振動(dòng)信號(hào)并發(fā)送給振動(dòng)控制器，振動(dòng)控制器根據(jù)電機(jī)定子上壓電執(zhí)行器的分布以及振動(dòng)信號(hào)，以定子的振動(dòng)最小為目標(biāo)，按照一定控制方式產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)輸出給功率放大器，功率放大器對(duì)振動(dòng)控制器輸入的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)鋪設(shè)在電機(jī)定子上的壓電執(zhí)行器來(lái)改變電機(jī)定子的動(dòng)力特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)定子的機(jī)械及電磁振動(dòng)和噪聲進(jìn)行主動(dòng)控制。

控制方式常用的有開(kāi)關(guān)控制、pid(比例-積分-微分)控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等。

所述的振動(dòng)傳感器為加速度傳感器、速度傳感器或應(yīng)變傳感器。

多個(gè)所述壓電執(zhí)行器與功率放大器連接時(shí)，采用單獨(dú)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(jìn)行連接。

單獨(dú)方式：將每個(gè)壓電執(zhí)行器分別與功率放大器連接。

串聯(lián)方式：將多個(gè)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(gè)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(gè)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(zhǎng)方形、瓦片形或環(huán)形。鋪設(shè)時(shí)可以按照任意方向鋪設(shè)，環(huán)形是指繞電機(jī)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(jī)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(shè)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(jī)軸向、周向或與軸線(xiàn)成任一角度的方向鋪設(shè)。

所述的壓電執(zhí)行器可以是對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)，也可以是非對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)。

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

為了對(duì)壓電執(zhí)行器進(jìn)行保護(hù)，在壓電執(zhí)行器外包裹鋪設(shè)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(jī)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(xiàn)成某一角度的方向上鋪設(shè)一系列的薄片狀的壓電執(zhí)行器，利用振動(dòng)傳感器來(lái)測(cè)量電機(jī)定子及/或地腳的振動(dòng)，振動(dòng)控制器根據(jù)壓電執(zhí)行器的分布及連接情況以及振動(dòng)傳感器測(cè)量到的電機(jī)定子及/或地腳上的振動(dòng)信號(hào)，以定子的振動(dòng)最小為目標(biāo)，按照一定的控制策略產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)輸出給功率放大器，功率放大器對(duì)振動(dòng)控制器輸入的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大來(lái)驅(qū)動(dòng)鋪設(shè)在電機(jī)的定子外表面或定子鐵芯與殼體之間的壓電執(zhí)行器來(lái)改變電機(jī)定子的動(dòng)力特性，從而達(dá)到對(duì)電機(jī)的機(jī)械及電磁振動(dòng)和噪聲進(jìn)行主動(dòng)控制的目的。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明能夠?qū)﹄姍C(jī)的機(jī)械及電磁振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制，使電機(jī)定子的振動(dòng)和噪聲得到顯著減小。

附圖說(shuō)明

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

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

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

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

圖5為電機(jī)定子上壓電執(zhí)行器單獨(dú)連接的連接圖。

圖6為電機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)的正視圖。

圖8為帶有本發(fā)明的電機(jī)結(jié)構(gòu)的左視圖。

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

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳述。

對(duì)于電機(jī)定子結(jié)構(gòu)的不同，以?xún)蓚€(gè)典型電機(jī)結(jié)構(gòu)的實(shí)施例進(jìn)行舉例說(shuō)明，但不限于以下實(shí)施例：

實(shí)施例1

如附圖1和圖2所示，本實(shí)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(shè)有引線(xiàn)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(shè)在電機(jī)定子12的外表面上，形成一種能夠?qū)﹄姍C(jī)定子振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)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(shè)有一般的金屬對(duì)壓電執(zhí)行器11進(jìn)行保護(hù)。

實(shí)施例2

如附圖3和4所示，本實(shí)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(shè)有引線(xiàn)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(shè)在殼體121與定子鐵心122之間，從而形成一種能夠?qū)﹄姍C(jī)定子振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)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(shè)有一般的塑料非金屬材料以對(duì)壓電執(zhí)行器11進(jìn)行保護(hù)。

對(duì)于電機(jī)定子外的其他結(jié)構(gòu)，具體實(shí)施的電機(jī)1結(jié)構(gòu)如附圖7和圖8所示，包括電機(jī)轉(zhuǎn)子16、帶有壓電執(zhí)行器1的電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子16通過(guò)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(jī)定子12的兩端，帶有壓電執(zhí)行器的電機(jī)定子12通過(guò)左右地腳14a及14b固定在基座上。

如附圖9所示，電機(jī)1上設(shè)置振動(dòng)傳感器2，電機(jī)1外設(shè)有振動(dòng)控制器3和功率放大器4。振動(dòng)傳感器2固定在電機(jī)定子12的外表面及/或左右地腳14a及14b的上，并與振動(dòng)控制器3相連；振動(dòng)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(gè)接頭相連。

對(duì)于電機(jī)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(jī)定子上的壓電執(zhí)行器11將每個(gè)壓電執(zhí)行器的兩根線(xiàn)分別形成2n個(gè)接頭a1+b1,a2+b3,…an+bn，再各自單獨(dú)連接到功率放大器，其中n為壓電執(zhí)行器的個(gè)數(shù)。

如圖6所示，采用先將若干個(gè)具有相同功能的壓電執(zhí)行器進(jìn)行并聯(lián)或者串聯(lián)，形成2k個(gè)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(gè)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(jìn)行單獨(dú)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(gè)數(shù)與單獨(dú)連接的壓電執(zhí)行器的個(gè)數(shù)的和。

振動(dòng)傳感器2測(cè)量電機(jī)定子12及/或左右地腳14a，14b上的振動(dòng)，并把信號(hào)傳輸給振動(dòng)控制器3；振動(dòng)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(dòng)傳感器2測(cè)量到的電機(jī)定子的振動(dòng)特性，以電機(jī)的振動(dòng)最小為目標(biāo)，按照開(kāi)關(guān)控制方式輸出一個(gè)控制信號(hào)，輸入給功率放大器4；所述功率放大器4對(duì)控制器輸入的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，然后利用鋪設(shè)在電機(jī)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(lái)改變電機(jī)定子的動(dòng)力特性，以達(dá)到對(duì)電機(jī)定子12的振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制的目的。