CN112134375B - 一种定子组件和电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子组件和电机，包括：定子铁心，呈圆筒状；线圈绕组，包括多个线圈绕组单元，多个所述线圈绕组单元于所述定子铁心的内壁面沿周向紧密排列，多个所述线圈绕组单元通过灌封胶灌封并与所述定子铁心形成一个整体组件，多个所述线圈绕组单元在所述定子铁心内部限定出转子空间。定子铁心采用了圆筒形状，多个线圈绕组单元于定子铁心的内壁面沿周向紧密排列，因为没有常规定子铁心的铁心齿槽，因此消除了电机的齿槽附加转矩，使电机达到无齿槽附加转矩，提高了电机的运转性能。多个线圈绕组单元整齐有序地排列，可以节省大量的空间，在相同条件下，线圈导线的有效截面积加大，定子绕组的电密下降，减少定子的铜损，提高了电机效率。

Description

一种定子组件和电机

技术领域

本发明用于电机领域，特别是涉及一种定子组件和电机。

背景技术

目前市面上的永磁同步电机定子的定子铁心都是采用带齿槽的结构，这样电机就会产生有害的齿槽附加转矩。

目前市面上的永磁同步电机定子的线圈绕组采用散装式线圈绕组，线圈的分布形式采用分布绕组，这种绕圈绕组的线端高度会很高，这样线圈绕组的端部漏抗会很大，并且漆包线的铜重也比较大，而且槽满率也不能超过70％；因为这种绕组的线端高度比较高，所以也占据了电机比较多的空间。

目前市面上的永磁同步电机转子的磁钢的磁路都要经过转子的轭部，从而在转子轭部产生了磁压降，损失了部份磁通量，影响了电机的整体效率和电机的发热。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种定子组件和电机，有效解决了定子组件的齿槽附加转矩对电机的危害，提高了电机效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种定子组件，包括：

定子铁心，呈圆筒状；

线圈绕组，包括多个线圈绕组单元，多个所述线圈绕组单元于所述定子铁心的内壁面沿周向紧密排列，多个所述线圈绕组单元通过灌封胶灌封并与所述定子铁心形成一个整体组件，多个所述线圈绕组单元在所述定子铁心内部限定出转子空间。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述线圈绕组单元采用成型绕组，所述线圈绕组单元具有与所述定子铁心的内壁面贴合的外弧面，所述定子铁心的长度不小于所述线圈绕组单元的长度。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述定子铁心采用呈圆环状的硅钢片叠压焊接而成。

第二方面，一种电机，包括：

第一方面中任一实现方式所述的定子组件；

转子组件，设置于所述转子空间中。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述转子组件包括：

转子铁心；

磁钢，连接于所述转子铁心，所述磁钢包括磁钢N、磁钢S和第一过渡磁钢，所述磁钢N和磁钢S沿所述转子铁心的周向交替分布，所述第一过渡磁钢位于相邻的所述磁钢N和磁钢S之间，所述第一过渡磁钢的充磁方向与磁力线穿过第一过渡磁钢的方向一致。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述转子铁心的外周面开设多个第一磁钢槽，所述磁钢N、磁钢S和第一过渡磁钢表贴在所述第一磁钢槽。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述转子铁心的内部沿轴向开设多个第二磁钢槽，所述磁钢N、磁钢S和第一过渡磁钢插入所述第二磁钢槽。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述转子铁心的轭部沿周向开设多个第三磁钢槽，所述第三磁钢槽中设有法向充磁的第二过渡磁钢，所述有第二过渡磁钢的充磁方向与磁力线穿过转子铁心轭部的方向一致。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第二过渡磁钢呈瓦状，多个所述第二过渡磁钢分布在同一个圆周上。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述磁钢N和磁钢S沿轴向分为若干节段。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

定子铁心采用了圆筒形状，多个线圈绕组单元于定子铁心的内壁面沿周向紧密排列，因为没有常规定子铁心的铁心齿槽，因此消除了电机的齿槽附加转矩，使电机达到无齿槽附加转矩，提高了电机的运转性能。

多个线圈绕组单元整齐有序地排列，可以节省大量的空间，在相同条件下，线圈导线的有效截面积加大，定子绕组的电密下降，减少定子的铜损，提高了电机效率。

定子铁心是圆筒形的，没有齿部占据铁心的空间，从而增大了线圈绕组的有效放置空间，从而加大绕组漆包线的有效截面积，降低了定子绕组的电密，提高了电机的效率和减少了电机的温升。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明电机的第一实施例结构示意图；

图2是图1中A-A处截面图；

图3是本发明电机的第二实施例结构示意图；

图4是图1所示实施例定子组件结构示意图；

图5是图4中B-B处截面图；

图6是图1所示实施例定子铁心截面图；

图7是图1所示实施例定子铁心断面图；

图8是图1所示实施例线圈绕组单元结构示意图；

图9是图1所示实施例转子组件结构示意图；

图10是图9中C-C处截面图；

图11是图3所示实施例转子组件结构示意图；

图12是图1所示实施例转子铁心结构示意图；

图13是图3所示实施例转子铁心结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征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。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1、图2、图3，本发明的实施例提供了一种电机，包括定子组件1和转子组件2。

参见图4、图5，定子组件1包括定子铁心11和线圈绕组。参见图6、图7，定子铁心11沿轴向延伸，定子铁心11呈圆筒状。参见图4、图5、图8，线圈绕组包括多个线圈绕组单元12，多个线圈绕组单元12于定子铁心11的内壁面沿周向紧密排列，多个线圈绕组单元12通过灌封胶13灌封并与定子铁心11形成一个整体组件，多个线圈绕组单元12在定子铁心11内部限定出转子空间，转子组件2设置于转子空间中。

灌封胶13是一种环氧树脂胶，主要把定子铁心11和线圈绕组单元12固定成一体，使线圈绕组不松动。

定子铁心11采用了圆筒形状，多个线圈绕组单元12于定子铁心11的内壁面沿周向紧密排列，因为没有常规定子铁心11的铁心齿槽，因此消除了电机的齿槽附加转矩，使电机达到无齿槽附加转矩，提高了电机的运转性能。

同时，多个线圈绕组单元12整齐有序地排列，可以节省大量的空间，在相同条件下，线圈导线的有效截面积加大，定子绕组的电密下降，减少定子的铜损，提高了电机效率。

定子铁心11是圆筒形的，没有齿部占据铁心的空间，从而增大了线圈绕组的有效放置空间，从而加大绕组漆包线的有效截面积，降低了定子绕组的电密，提高了电机的效率和减少了电机的温升。

参见图6、图7，定子铁心11采用呈圆环状的硅钢片叠压焊接而成，硅钢片由厚度小于0.5mm的冷轧硅钢片用冲压工艺冲成单片，定子铁心11是电机磁力线的承载体。在焊接过程中用专用焊接模定位内孔，然后两端压紧定子铁心11端面后进行焊接，焊缝数量根据定子铁心11外形大小而定。焊接可以采用氩弧焊或激光焊等。

在一些实施例中，参见图8，线圈绕组单元12采用成型绕组，线组由漆包铜线绕制而成，再用模具压制成一定形状，然后用灌封胶13固定在定子铁心11上；漆包铜线可以是圆铜线或扁铜线。线圈绕组单元12具有与定子铁心11的内壁面贴合的外弧面，线圈绕组的外圆弧做成与定子铁心11的内孔圆弧基本一样，这样更加节省空间。

具体地，绕线模的内腔做成与线圈绕组单元12外形一样的形状，绕完后线圈用小绳子绑扎固定，然后用整形模进一步整出外形后浸绝缘漆固化即可。

定子组装时，先在定子铁心11的内表面上贴上绝缘纸，然后把线圈绕组单元12用胶水固定在定子铁心11内孔上，组装时用专用工装定位以保证线圈绕组单元12达到均布；最后定子进行整体灌封处理。

参见图8，线边L1是线圈绕组单元12的有效元件边，是电机产生电磁场的元件；两端的圆弧部分是线圈绕组单元12的线端，其作用是连结两个元件边。这种成型绕组的形式的线端高度可做到很小，高度是普通线圈的三分之一左右，甚至更小。参见图5，定子铁心11的长度不小于线圈绕组单元12的长度，线圈绕组单元12整体放置在定子铁心11内，这样进一步减小了端部漏抗，提高了电机效率。

线圈绕组单元12由于采用了集中绕组和成型绕圈形式，线圈绕组单元12可以做到紧密有序地排列，线端高度可以做得很低(如图8所示)，在电机安装空间相同的情况下，电机的有效长度，即定子铁心11的长度就可以增加，根据电机输出功率与电机体积的关系式(式1)：

式中：P-电机输出功率

L-电机的有效长度(定子铁心11长度)

n—电机转速

C_p—电机常数

从式1可以看出电机的输出功率与电机的有效长度成正比，在同等电机安装空间的情况下，电机就可以输出更大的功率，因此本发明实施例具有更高的功率密度。

本发明实施例的线端绕组单元的线端高度很小，因此绕组铜线的用料总长度也短了，根据电阻的计算公式(式2)：绕组铜线的长度与相电阻阻值成正比，铜线长度L短了，相电阻R也小了。根据电机铜损的计算公式(式3),绕组的铜损(P_铜损)与相电阻R成正比，相电阻R小了，铜损P_铜损也小了。根据电机效率的计算公式(式4)，电机效率η与绕组铜损P_铜损成反比，铜损P_铜损小了，电机效率η就大了。

R-绕组相电阻

ρ-铜线的电阻率

L-每相绕组的铜线长度

S-绕组铜线的截面积

P_铜损＝mI²R--------------(3)

P_铜损-绕组的铜损

I-相电流

R-绕组相电阻

η-电机效率

∑P_损-电机的各种损耗之和

P-电机的输入功率

P1-电机的输出功率

本发明实施例的线圈绕组单元12，由于采用成型绕组，线圈的排列整齐紧密，因此比常规的散装绕组所占的空间要小，因此在同等条件下，本发明实施例的线圈绕组所用漆包铜线的有效截面积就可以增大。根据式2、式3和式4，由于绕组漆包铜线的有效截面积S大了，相电阻R就小了，铜损P_铜损也随之减小，这样电机效率η就增加了。

本发明实施例的线圈绕组单元12由于线端高度小，所以半匝线圈的端部长度L_p就小，根据端部漏抗X_p的计算公式(式5)，X_p与L_p成正比，L_p小则X_p也小。线圈端部漏抗X_p是相应于端部匝链的漏磁场的电抗,X_p小了说明电机磁通的利用率就高了，同等条件下电机的输入功率P就可以减小，根据式4计算公式，在电机输出功率P1不变的情况下，输入功率P小了电机的效率η也就提高了。

X_p＝m2πf2pL_p--------------(5)

m-电机的相数

f-电机输入频率

p-电机极对数

X_p-线圈端部漏抗

L_p-半匝线圈的端部长度

本发明实施例的线圈绕组单元12整体放置在定子铁心11内，这样可以使部分端部漏抗转化为有效的磁通量，这样进一步提高了磁通的利用率，在输出功率一定的情况下，进一步减小了输入功率，效率η也就提高了。

参见图9-图11，转子组件2包括转子铁心21和磁钢，磁钢连接于转子铁心21，磁钢包括磁钢N和磁钢S，磁钢N和磁钢S沿转子铁心21的周向交替分布，磁钢N和磁钢S产生转子磁通，线圈绕组产生定子磁动势；转子磁通和定子磁动势相对静止但存在相位差，当空间互差一定的角度的多相绕组通入时间互差同样角度的多相电流时，即产生旋转的定子磁动势，转子磁通与定子旋转磁动势相互作用产生电磁转矩。

磁钢还包括第一过渡磁钢F，参见图9、图11，第一过渡磁钢F位于相邻的磁钢N和磁钢S之间，第一过渡磁钢F的充磁方向与磁力线穿过第一过渡磁钢F的方向一致，这样磁场的磁力线就会有很大一部通过第一过渡磁钢F，这样就减少了经过转子铁心21轭部的磁力线，从而减少了转子铁心21轭部的磁压降，因磁压降的减少，磁损也减少了，在相同的条件下就可以减少电机的输入功率，从式4可知，电机的效率也就提高了。因通过转子铁心21磁力线大幅度减少，从而降低了转子铁心21轭部的磁通密度，从而降低了电机的温升；电机温度低也提高了电机的各项性能指标。总合上述增加第一过渡磁钢F,可以有效提高电机的效率和功率密度。

磁钢的镶嵌方式有表贴式或内嵌式。参见图9、图12，表贴式结构中，转子铁心21的外周面开设多个第一磁钢槽22，磁钢N、磁钢S和第一过渡磁钢F表贴在第一磁钢槽22。参见图11、图13，内嵌式结构中，转子铁心21的内部沿轴向开设多个第二磁钢槽23，磁钢N、磁钢S和第一过渡磁钢F插入第二磁钢槽23。

转子铁心21可由高导磁性材料冷轧硅钢经冲压成冲片，然后用铆接的方式而形成转子铁心21。转子铁心21也可由优质低碳钢加工而成。转子组件2是电机的转动元件，是电能转化为机械能的执行元件。

在一些实施例中，参见图9、图11、图12、图13，转子铁心21的轭部沿周向开设多个第三磁钢槽24，第三磁钢槽24中设有法向充磁的第二过渡磁钢F1，有第二过渡磁钢F1的充磁方向与磁力线穿过转子铁心21轭部的方向一致。由于第三磁钢槽24的材料是永磁体，且按规定方向充有强磁，其充磁方向与磁力线通过转子铁心21的轭部的方向是一致的，经过充磁的磁钢的磁阻比用硅钢片或低碳钢做成的转子铁心21的磁阻就要小很多，这样当磁力通过第三磁钢槽24的磁压降比通过转子铁心21的磁压降就小很多，磁损耗也就小了很多，根据上述的相关论述，这样就能有效地提高电机的效率和降低了电机的温升，从而提高了电机的功率密度。

其中，第二过渡磁钢F1呈瓦状，多个第二过渡磁钢F1分布在同一个圆周上。第二过渡磁钢F1也可以呈折线状，第二过渡磁钢F1沿转子铁心21的周向分布。

其中，磁钢N和磁钢S沿轴向分为若干节段，磁钢N和磁钢S轴向都是采用分段叠加的形式，如图10所示，这样可以减少磁钢的涡流损耗，降低电机的温升，提高电机的性能。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种定子组件，其特征在于，包括：

定子铁心，呈圆筒状；

线圈绕组，包括多个线圈绕组单元，多个所述线圈绕组单元于所述定子铁心的内壁面沿周向紧密排列，多个所述线圈绕组单元通过灌封胶灌封并与所述定子铁心形成一个整体组件，多个所述线圈绕组单元在所述定子铁心内部限定出转子空间，所述线圈绕组单元采用成型绕组，线圈绕组单元包括两个元件边，两个所述元件边通过两端的圆弧部分联结，所述圆弧部分是线圈绕组单元的线端，所述定子铁心的长度不小于所述线圈绕组单元的长度。

2.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述线圈绕组单元具有与所述定子铁心的内壁面贴合的外弧面。

3.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述定子铁心采用呈圆环状的硅钢片叠压焊接而成。

4.一种电机，其特征在于，包括：

权利要求1～3中任一项所述的定子组件；

转子组件，设置于所述转子空间中。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述转子组件包括：

转子铁心；

磁钢，连接于所述转子铁心，所述磁钢包括磁钢N、磁钢S和第一过渡磁钢，所述磁钢N和磁钢S沿所述转子铁心的周向交替分布，所述第一过渡磁钢位于相邻的所述磁钢N和磁钢S之间，所述第一过渡磁钢的充磁方向与磁力线穿过第一过渡磁钢的方向一致。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述转子铁心的外周面开设多个第一磁钢槽，所述磁钢N、磁钢S和第一过渡磁钢表贴在所述第一磁钢槽。

7.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述转子铁心的内部沿轴向开设多个第二磁钢槽，所述磁钢N、磁钢S和第一过渡磁钢插入所述第二磁钢槽。

8.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述转子铁心的轭部沿周向开设多个第三磁钢槽，所述第三磁钢槽中设有法向充磁的第二过渡磁钢，所述第二过渡磁钢的充磁方向与磁力线穿过转子铁心轭部的方向一致。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述第二过渡磁钢呈瓦状，多个所述第二过渡磁钢分布在同一个圆周上。

10.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述磁钢N和磁钢S沿轴向分为若干节段。

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