一种降低潜水电机电磁振动噪声的方法与流程

1.本发明涉及一种降低潜水电机电磁振动噪声的方法，特别是一种基于削弱潜水电机径向电磁力来降低其电磁振动噪声的方法。


背景技术：

2.潜水电机的振动和噪声产生的主要原因是齿谐波作用产生的高频径向电磁力。当电磁力频率与定子或转子的机械共振频率一致时，电磁力产生的振动和噪声将被放大。目前控制潜水电机电磁方面的振动和噪声的方法主要从气隙的径向电磁力波和定子模态频率着手，分析各种极槽配合可能存在的电磁力波次数并预测电机结构各阶模态频率，在保证力能指标要求的前提下尽量选择各次电磁力波最高频率低于并远离电机结构各阶模态频率的极槽配合。但是在现有的潜水电机中，即便是选择了合理的极槽配合还是存在着较大的电磁振动和噪声，原因是电机的径向电磁力幅值并未得到有效削弱，由电磁力波产生的电磁振动和噪声依然很大。
3.转子使用斜槽可以有效降低径向电磁力，但潜水电机属于大中型电机，通常的轴向斜槽难以在其上应用。大型高压电动机由于功率大，其体积也就大，采用铸铝作为转子导条时，容易产生铸造时的不均匀，或内部裂纹。另外在使用过程中，由于转子导条长期的热胀冷缩，也容易使铸铝条开裂而造成导条断条，电动机不能正常使用。因此，大型高压电动机的转子导条一般采用铜条。采用铜条的同时使用轴向斜槽对制作工艺则有着比较高的要求，但是，迄今还没有相关技术方案的公开报导。


技术实现要素：

4.本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种降低潜水电机电磁振动噪声的方法，通过对原有的潜水电机进行合理的鼠笼转子槽加工，影响气隙磁场空间分布，减少电机的径向电磁力，从而削弱潜水电机的电磁噪声。
5.为解决项目的技术难点，采用以下研究方案：
6.本发明一种降低潜水电机电磁振动噪声的方法，采用对转子槽型进行优化，降低其径向电磁力，其特征是按如下步骤进行：
7.步骤1：将原潜水电机转子的直槽改为径向斜槽，计算对应电机采用径向斜槽运行时的转子谐波磁势，对径向斜槽的扭斜长度进行调整，以削弱齿谐波磁势。
8.步骤2：分析对应电机采用径向斜槽运行的径向电磁力，验证选取的径向斜槽扭斜长度能够削弱径向电磁力。
9.在步骤1中所述的确定潜水电机的转子外径为d，轴长为l，转子槽宽为b、槽深为h。
10.在步骤1中所述的径向斜槽在径向上斜过一段距离l
sk
、轴向不变，所述各转子槽的形状和尺寸均为相同，径向斜槽的槽长度与原转子直槽的槽长度相等，径向斜槽的槽宽度与原转子直槽的槽宽度相等，径向斜槽的槽深度与原转子直槽的槽深度相等。
11.在步骤1中所述的转子谐波磁势为转子导条所产生的磁势，用解析法推导径向斜
槽转子的谐波磁势。转子槽沿轴向无限分层，转子导体产生的总磁势可视为每层导体产生的磁势的叠加。
12.如图1所示，转子导体延转子外圆分为n层导体，其中：
13.l
sk
＝nan
→
∞a
→
0(1)
14.其中：a是每层导体的长度；n是导体分成n层；l
sk
是径向斜槽扭斜长度。
15.将转子槽截面展开分析，由于单位截面电流密度相同，故每段a所产生的磁势为：
16.其中：f是单位面积导体产生的磁势；h是每层导体的高度；u是转子谐波磁场的阶数；d是转子的外径；w
u
是转子谐波的角频率；θ是转子空间位置角；是转子谐波磁动势的初始相位角。
17.将转子各部分进行积分求得总谐波磁势为：
[0018][0019][0020]
其中：h是转子槽深度；b是转子槽宽度。
[0021]
依照相同的原理可得直槽转子所产生的总的谐波磁势为：
[0022][0023]
综合(3)、(4)2个式子，径向斜槽转子的谐波磁势可以表示为
[0024][0025]
其中：u是转子谐波磁场的阶数；f
u
是转子谐波磁场产生的磁动势的幅值；d是转子的外径；l
sk
是径向斜槽的扭曲距离；b为槽宽；w
u
是转子谐波的角频率；θ是转子空间位置角；是转子谐波磁动势的初始相位角。
[0026]
在步骤1中所述的削弱谐波磁势主要为削弱转子齿谐波磁势，转子谐波磁势主要是齿谐波磁势，因此，由(5)式，可以看出当(k＝0、
±
1、
±
2、
±
3等整数)时，转子齿谐波磁势得到极大削弱。
[0027][0028]
由(6)式可得：径向斜槽扭斜长度l
sk
采用(0.8t2，1.2t2)时，转子齿谐波磁势得到
极大削弱。其中：t2为转子齿距。
[0029]
在步骤2中所述的径向电磁力
[0030]
b
u
＝f
u
λ(7)
[0031][0032]
其中：b
v
为定子谐波磁通密度；b
u
为转子谐波磁通密度；λ为气隙磁导；u0为真空磁导率，p
vu
为径向电磁力。
[0033]
当转子槽采用闭口槽时，气隙磁导保持不变，此时磁势与径向电磁力正相关。因此，从理论角度分析，削弱齿谐波磁势就能够削弱由齿谐波产生的径向电磁力。
[0034]
本发明降低潜水电机电磁振动噪声的方法的特点也在于：
[0035]
在大型潜水电机领域提出采用径向斜槽来降低电磁振动噪声，并通过计算电机在径向斜槽运行时的谐波磁势，确定了径向斜槽扭斜长度。
[0036]
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0037]
1、本发明通过对潜水电机转子开径向斜槽，影响气隙磁场空间分布，从而降低电机的径向电磁力，进而减少潜水电机的电磁噪声和振动；
[0038]
2、本发明通过对潜水电机转子开径向斜槽，与传统轴向斜槽相比，使用的铜条无需扭斜，成型铜条可直接嵌入转子槽，减小了转子硅钢片的叠压难度的时同获得较好的降低电磁噪声效果。
附图说明
[0039]
图1为本发明潜水电机转子展开图；
[0040]
图2为本发明潜水电机转子侧视示意图；
[0041]
图3为本发明潜水电机转子俯视示意图；
[0042]
图中标号：l
sk
为斜过的距离，l为电机转子的槽长，h为电机转子的槽深，b为电机转子的槽宽。
具体实施方式
[0043]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
[0044]
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0045]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0046]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0047]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0048]
如图1
‑
3所示的一种径向斜槽结构，l
sk
为14.93mm，b为6mm，h为47mm。
[0049]
一种降低潜水电机电磁振动噪声的方法，本发明采用对转子槽型进行优化的方法，降低其径向电磁力，按如下步骤进行：
[0050]
步骤1：将原潜水电机转子的直槽改为径向斜槽，计算对应电机采用径向斜槽运行时的转子谐波磁势，对径向斜槽的扭斜长度进行调整，以削弱齿谐波磁势。
[0051]
表1为一台500kw的6极潜水电机主要参数
[0052][0053]
表1计算此时转子的谐波磁势为：
[0054][0055]
为了削弱转子一阶齿谐波磁势，此时u＝89、l
sk
＝14.93mm、选择扭斜t2距离。(t1为一个定子齿距，t2为一个转子齿距)
[0056]
如表2所示，将直槽改为径向斜槽后转子一阶齿谐波磁密削弱了10.7％。
[0057][0058]
表2
[0059]
步骤2：分析对应电机采用径向斜槽运行时的径向电磁力，验证选取的径向斜槽扭斜长度能够削弱径向电磁力。
[0060]
分别取采用不同扭斜长度的径向斜槽的潜水电机在ansys下仿真，得出其径向电磁力如
[0061]
表3所示，扭斜t2距离时低阶径向电磁力最小。
[0062][0063]
表3
[0064]
最后取采用直槽和不同扭斜长度的径向斜槽的潜水电机在ansys下仿真，得出其电磁噪声如表4所示。采用合理的扭斜长度的径向斜槽代替直槽可以降低电磁噪声14.8db，噪声平均值下降了18.1％。
[0065][0066]
表4
[0067]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。