一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机制造技术

本发明专利技术涉及一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机，该电机结构与现有技术中的电机结构相同，其特征在于：在定子铁芯上或转子铁芯上或定子铁芯和转子铁芯上同时设置若干具有不规则齿顶的齿，齿的齿顶由若干小齿构成，每个小齿采用锯齿形、梯形、半圆形、半椭圆形或波浪形等结构，只要能加大齿顶周长，使径向力为法向力的分力，则都会起到减小径向电磁激振力的作用。齿的齿顶采用锯齿形结构时，可以采用单向锯齿结构，也可以采用双向锯齿结构，锯齿结构的斜边与径向边之间的夹角根据需要进行选择。本发明专利技术可以广泛应用于永磁电机、异步电机、电励磁同步电机和开关磁阻电机等各类电机中。

【技术实现步骤摘要】
一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机
本专利技术涉及一种电机，特别是关于一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机。
技术介绍
现代社会已无法离开电机，电机的应用遍及交通运输、工农业生产、信息处理，以及日常生活的各个领域。电机的种类繁多，结构也各有不同，有异步电机、永磁电机、电励磁电机等。各类电机在旋转过程中都会产生振动和噪声。噪声是一种环境污染，人们如果长时间工作在噪声比较大的环境中，会对健康产生不良的影响；在军工领域振动噪声也会产生危害；在日常生活中电机的噪声过大也会产生一定问题。家用电器的噪声应该尽量小，不能够影响所处环境中的人们的正常生活。对电机本体而言，振动会造成电机铁芯形变、转轴偏心等不利后果，对电机的使用寿命也有所影响。因此，降低电机的振动和噪声具有非常重要的意义。电机的气隙中存在着基波磁场和一系列的谐波磁场。在电机运行过程中，这些气隙磁场之间相互作用，将会产生作用于电机铁芯上的切向及径向的电磁力；其中，切向电磁力产生转矩，而径向电磁力引起定子铁芯变形。各种极对数、各种转速的径向电磁力波都分别作用在定子、转子铁芯上，使定子铁芯和机座以及转子出现随时间周期性变化的径向形变，因此产生振动和噪声。电机中的噪声是由铁芯形变引起振动并向外传播造成的。而铁芯之所以会发生形变，是因为气隙磁场作用在定子铁芯上而产生径向力。根据麦克斯韦张量法，单位面积上的径向电磁力用径向电磁力密度表示为：式中，Pr为径向电磁力密度，Br为径向磁通密度，μ0为空气的磁导率。由上式可见，通过减小径向磁通密度Br可以减小单位面积上的径向电磁力，然而直接减小径向磁通密度Br将导致电机的气隙平均磁通密度减小，使电机的转矩和功率密度降低。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机，从而保证在不降低转矩和功率密度的情况下，能够减小单位面积上的径向电磁激振力，实现减振降噪的目的。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机，其特征在于：在定子铁芯上或转子铁芯上或定子铁芯和转子铁芯上同时设置若干具有不规则齿顶的齿。所述齿的齿顶由若干个小齿构成，每个小齿采用锯齿形、梯形、半圆形、半椭圆形或波浪形结构。所述锯齿形结构采用单向锯齿结构。所述单向锯齿结构中的斜边与径向边之间的夹角根据需要进行选择。所述锯齿形结构采用双向锯齿结构。所述双向锯齿结构中的两斜边之间的夹角根据需要进行选择。所述齿用于定子齿、转子齿或电励磁同步电机的磁极上。所述电机采用内转子电机或外转子电机。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本专利技术由于在定子铁芯上设置若干具有不规则齿顶的齿，该齿的齿顶由若干个小齿构成，每个小齿采用锯齿形、梯形、半圆形、半椭圆形或波浪形等形状，因此本专利技术与现有技术中的平顶齿相比能够加大齿顶周长，从而保证在不降低转矩和功率密度的情况下，能够减小单位面积上的径向电磁激振力，实现减振降噪的目的。基于以上优点，本专利技术可以广泛应用于异步电机、电励磁同步电机和开关磁阻电机等各类电机中。附图说明图1是普通永磁电机的截面图；图2是图1中普通永磁电机展开成直线的一对极范围的示意图；其中，Fr’表示定子铁芯的齿受到的径向力；图3是定子铁芯齿的齿顶采用单向锯齿结构时本专利技术电机的示意图；图4是图3中齿的局部放大示意图和受力情况示意图；图5是定子铁芯齿的齿顶采用双向锯齿结构时本专利技术电机的局部结构示意图；图6是图5中定子铁芯齿的受力情况示意图；其中，Fn1和Fn2分别表示采用双向锯齿结构的定子铁芯的齿受到的法向力，Fr1和Fr2分别表示两个法向力Fn1和Fn2的径向分力，Fc1和Fc2分别表示两个法向力Fn1和Fn2的圆周方向的分力。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。对于一般电机而言，由于受铁芯材料饱和磁通密度的限制，气隙平均磁通密度基本会保持在一个固定的合理值。如果气隙平均磁通密度过高，铁芯材料的磁通密度饱和，所需励磁电流或者永磁材料会增加；如果气隙平均磁通密度过低，铁芯材料的利用率会降低。如图1和图2所示，普通永磁电机中定子铁芯1的齿2为平顶齿，各定子铁芯1的齿2对应的气隙均相同。在定子铁芯1的齿2与气隙交界处，由于铁芯材料的高磁导率，磁力线垂直进入定子铁芯1的齿2。因此，定子铁芯1的齿2受到径向的电磁力，该径向电磁力的力密度与径向磁通密度的平方成正比。由于气隙平均磁通密度基本不变，因此定子铁芯1的齿2受到的径向电磁力密度也基本不变，径向电磁力对定子的振动起决定作用。本专利技术以永磁电机为例进行说明，本专利技术同样适用于异步电机、电励磁同步电机和开关磁阻电机等各类电机中。如图3所示，本专利技术提供一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机，该电机结构与现有技术中的电机结构相同，在转子铁芯3上设置若干转子永磁块4。本专利技术的特征是在定子铁芯1上或转子铁芯3上或定子铁芯1和转子铁芯3上同时设置若干具有不规则齿顶的齿21，该齿21的齿顶由若干个小齿22构成，每个小齿22采用锯齿形、梯形、半圆形、半椭圆形或波浪形等结构，只要能加大齿顶周长，使作用在定子铁芯1的齿21上的径向力为法向力的分力，则都会起到减小径向电磁激振力的作用。上述实施例中，齿21的齿顶采用锯齿形结构时，可以采用单向锯齿结构，也可以采用双向锯齿结构，锯齿结构的斜边与径向边之间的夹角可以根据需要进行选择。如图3和图4所示，当齿21的齿顶采用单向锯齿形结构时，对采用单向锯齿形结构的齿21进行受力分析，其受到垂直于单向锯齿结构斜边的法向力Fn，法向力Fn分解为径向分力Fr和圆周方向的分力Fc。真正作用在定子铁芯的齿21上的电磁激振力是径向分力Fr。当单向锯齿结构的斜边与径向边之间的夹角为45°时，与现有技术中的直线齿顶相比，采用单向锯齿形结构的齿的齿顶周长为直线齿顶周长的倍，垂直边由于磁力线不经过，计算周长时不考虑。因此，平均气隙磁通密度进入单向锯齿形结构齿21的面积增大，导致进入铁芯空气分界面的法向磁通密度减小为采用直线齿顶时的法向电磁力密度减小为采用直线齿顶时的1/2，径向电磁力密度减小为采用直线齿顶时的整个径向力Fr需要在整个锯齿形结构的表面积分，整个齿顶的周长为采用直线齿顶时周长的倍，因此整个齿顶的径向力为原来的1/2。在保证气隙平均磁通密度不变的条件下，径向力Fr可以减小约40％，径向力的减小意味着振动和噪声源的减小。当齿21的齿顶采用如图5所示的双向锯齿形结构时，如图6所示，对采用双向锯齿形结构的齿21的齿顶进行受力分析，其受到垂直于双向锯齿结构斜边的法向力Fn1和Fn2，法向力Fn1分解为径向分力Fr1和圆周方向的分力Fc1，法向力Fn2分解为径向分力Fr2和圆周方向的分力Fc2。真正作用在定子铁芯的齿21上的电磁激振力是径向分力Fr1和Fr2。在保证气隙平均磁通密度不变的条件下，作用在定子铁芯的齿21上的径向力的减小意味着振动和噪声源的减小。上述实施例中，具有不规则齿顶的齿21可以是定子齿，也可以是转子齿，如异步电机的定子齿和转子齿。齿21的齿顶采用单向锯齿结构，也可以采用双向锯齿结构，锯齿斜边的与径向的角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机，其特征在于：在定子铁芯上或转子铁芯上或定子铁芯和转子铁芯上同时设置若干具有不规则齿顶的齿。

【技术特征摘要】
1.一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机，其特征在于：在定子铁芯上或转子铁芯上或定子铁芯和转子铁芯上同时设置若干具有不规则齿顶的齿；所述齿的齿顶由若干个小齿构成，每个小齿采用锯齿形、梯形、半圆形、半椭圆形或波浪形结构。2.如权利要求1所述的一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机，其特征在于：所述锯齿形结构采用单向锯齿结构。3.如权利要求2所述的一种能够降低径向电磁激振力的具有不规则齿顶的电机，其特征在于：所述单向锯齿结构中的斜边与径向边之间的夹角根据需要进行选择。4.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王善铭，沈靖文，曹海翔，王祥珩，苏鹏声，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11