CN102222989B - 一种电机铁芯及组成铁芯的硅钢片的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机铁芯及组成铁芯的硅钢片的加工方法，包括定子和转子，以及设置在定子和转子上的定子齿和转子齿；其特征在于定子齿的主齿部的两齿边互相平行，转子齿的主齿部的两齿边互相平行。通过角分法来确定电机铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置，然后利用上述方法获得的铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置设计开发冲压模具；并将冲压模具安装到高速冲床上，进行冲压生产定子铁芯及转子铁芯。该铁芯降低了电机的电磁噪音，减少了涡流损耗、铁耗等电机参数进而提高了电机的效率、功率因数以及其他电机特性。本发明的铁心适用于纯电动汽车用高效率电机和普通工业用高效率电机。

Description

一种电机铁芯及组成铁芯的硅钢片的加工方法

技术领域

本发明涉及纯电动汽车用电机技术开发领域，涉及电机定子、转子铁芯的齿、槽的形状及铁芯的生产方法。

背景技术

传统电机铁芯的齿、槽设计，仅仅是确定了槽的尺寸，就是根据性能需求设计出一个具有固定尺寸和面积的槽，然后以原点为中心圆形均布在定子和转子铁芯上，从而形成了铁芯的齿与槽(参看图1)。从图上我们可以清楚的看到无论是定子还是转子各自依次相邻槽的邻边是不平行的。也就是说定子、转子齿宽是不均匀的即梯形齿。传统生产方法如下(以一个具有固定尺寸和面积的铁芯槽为例进行说明)：

定子铁芯的生产过程如下：设计定子铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置-----生产冲压模具-----调试高速冲床-----冲压模具安装-----进料(硅钢片)-----冲切-----叠装加压成型-----冲切油干燥-----定子铁芯；

转子铁芯的生产过程如下：设计转子铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置-----生产冲压模具-----高速冲床调试-----冲压模具安装-----进料(硅钢片)-----冲切-----叠装加压成型-----冲切油干燥------绝缘处理-----绝缘干燥-----转子铁芯；

定子、转子的加工工艺在‘冲切油干燥’前的所有工序都是同时进行的。转子铁芯比定子铁芯多两道工序即绝缘处理和绝缘干燥。

加工前根据需求设定定子槽数和转子槽数，根据具体尺寸设定加工相应的参数

定子槽数：Z₁＝36

转子槽数：Z₂＝32

定子每极每相槽数： $q_1=\frac{Z_1}{2{\mathrm{pm}}_1}=3$

气隙长度：δ＝0.1cm

定子外径：D₁＝17.5cm

定子内径：D_i1＝11cm

转子外径：D₂＝D_i1-2δ＝10.8cm

转子内径：D_i2＝3.8cm

极距： $\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\π}{D}_{i1}}{2p}=8.635\mathrm{cm}$

定子铁芯长度：l₁＝17.1cm

转子铁芯长度：l₂＝17.1cm

铁芯有效长度：l_ef＝l+2δ＝17.1+2×0.1＝17.3cm

净铁芯长：l_Fe＝K_Fel式中K_Fe为铁芯叠压系数，一般为0.92～0.95，取0.95。l_Fe＝0.95×17.1＝16.245cm；

(二)定子冲片，如图2所示定子槽形(为梯形)的参数如下：

b₀＝0.32cm

b₁＝0.49cm

b₂＝0.70cm

r＝0.35cm

h₀＝0.08cm

h₁＝0.05cm

h₂＝1.16cm

α₁＝30°

定子齿宽：传统设计铁芯齿部A为梯形，磁场计算是采用平均值，下记为梯形齿的寸法计算。

$b_{t11}=\frac{\mathrm{\π}[D_{i1}+2(h_0+h_1+h_2)]}{Z_1}-2r=\frac{\mathrm{\π}[11+2\×(0.08+0.05+1.16)]}{36}-0.70=0.4845\mathrm{cm}$ (这是传统梯形定子主齿的最窄宽幅)

$b_{t12}=\frac{\mathrm{\π}[D_{i1}+2(h_0+h_1)]}{Z_1}-b_1=\frac{\mathrm{\π}[11+2\×(0.08+0.05)]}{36}-0.49=0.4922\mathrm{cm}$ (这是传统梯形定子主齿的最宽宽幅)

$b_{t1}=b_{t11}+\frac{b_{t12}-b_{t11}}{3}=0.4845+\frac{0.4922-0.4845}{3}=0.4871\mathrm{cm}$ (传统梯形定子主齿的平均宽幅)

(三)转子冲片，如图3所示转子槽形(为菱形)的参数如下：

b_r0＝0.1cm

b_r1＝0.39cm

b_r2＝0.2cm

h_r0＝0.05cm

h_r1＝0.085cm

h_r2＝1.67cm

α₂＝30°##

转子齿宽：传统设计铁芯齿部B为梯形，磁场计算是采用平均值，转子梯形齿的尺寸计算方法如下：

$b_{r11}=\frac{\mathrm{\π}(D_2-h_{r0}-h_{r1})}{Z_2}-b_{r1}=\frac{(10.8-0.05-0.085)\mathrm{\π}}{32}-0.39=0.6565\mathrm{cm}$ (这是传统梯形转子主齿的最窄宽幅)

$b_{r12}=\frac{\mathrm{\π}(D_2-h_{r0}-h_{r1}-h_{r2})}{Z_2}-b_{r2}=\frac{(10.8-0.05-0.085-1.67)\mathrm{\π}}{32}-0.2=0.6826\mathrm{cm}$ (这是传统梯形转子主齿的最宽宽幅)

$b_{t2}=b_{r11}+\frac{b_{r12}-b_{r11}}{3}=0.6565+\frac{0.6826-0.6565}{3}=0.6652\mathrm{cm}$ (这是传统梯形转子主齿的平均宽幅)

梯形齿的尺寸是根据槽尺寸推算得出的，在计算齿部磁通密度的时候，齿宽采用的是平均值，用于计算磁通密度的截面积也是平均值，因此该磁通密度并没真实的反应出磁场的分布情况。实际情况是齿宽较窄的地方磁通密度大，齿宽较宽的地方磁通密度小，也就是说齿部磁场分布是不均匀的，这样造成电磁噪音升高，涡流损失较大；而且齿宽较窄处磁阻较大，励磁电流较高，降低了硅钢片导磁性能增加了铁耗。因此，电机的效率和功率因数降低。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制提供一种定子、转子齿部磁场分布均匀的电机铁芯齿、槽设计方法即平行齿的设计方法，降低噪音，降低损耗，提高电机的效率和功率因数。该设计方法适用于各种纯电动汽车用电机的铁芯设计。

本发明所需要解决的技术问题是通过下列技术措施来实现的。

一种电机铁芯，包括定子和转子，以及设置在定子和转子上的定子齿和转子齿；其特征在于定子齿的主齿部的两齿边互相平行，转转子齿的主齿部的两齿边互相平行。所述定子上的定子齿均匀分布，转子上转子齿均匀分布。

一种组成上述铁芯的硅钢片的生产方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1利用角分法来确定电机铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置，具体如下：

a、绘出定子和转子的内外径，再根据定子和转子的槽数分别计算出定子和转子各自每槽每齿所占的角度a和角度b；

b、完成一个槽的设计：

定子：以X轴为参考做一条过原点并与X轴构成a/2角度的直线A，并以直线A为参照向下做一条平行线B，且AB两线间的距离为1/2定子齿宽，直线A是铁芯齿部的中心线，直线B是铁芯齿和槽的公共边，以X轴为中心对称绘出该槽的另一公共边，然后根据槽的实际几何尺寸以X轴为中心绘出槽的顶部和槽的底，完成定子上的一个槽的设计；

转子：同样以X轴为参考做一条过原点并与X轴构成b/2角度的直线A’，并以直线A’为参照向下做一条平行线B’，且A’B’两线间的距离为1/2转子齿宽，直线A’是铁芯齿部的中心线，直线B’是铁芯齿和槽的公共边，以X轴为中心对称绘出该槽的另一公共边，然后根据槽的几何尺寸以X轴为中心绘出槽的顶部和槽的底部，完成转子上的一个槽的设计；

c、利用CAD绘图工具进行镜像、内切圆、修剪及阵列完成铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置的设计；

步骤2根据步骤1设计的铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置设计开发冲压模具；

步骤3将步骤2开发生产的冲压模具安装到高速冲床上，进行冲压生产定子铁芯及转子铁芯。

本发明与现有技术相比其优点是显而易见的，具体如下：本发明是利用角分法来设计铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置，设计完成的铁芯具有两边平行的齿，而铁芯槽的面积保持和传统设计一致。这样在保证不改变电机线圈设计前提下，解决了铁芯齿部磁场分布不均匀的问题，从而降低了电机的电磁噪音，减少了涡流损耗、铁耗等电机参数进而提高了电机的效率、功率因数以及其他电机特性。本发明的铁芯适用于纯电动汽车用高效率电机和普通工业用高效率电机。

附图说明

图1为常见纯电动汽车用电机的梯形齿铁芯的结构示意图；

图2为图1所述梯形齿铁芯的定子槽形放大图；

图3为图1所述梯形齿铁芯的转子槽形放大图；

图4为本发明所述具有平行齿的高效铁芯的结构示意图；

图5为本发明所述定子空间分布设计时槽的公共边确定过程的过程示意图；

图6为本发明所述定子空间分布设计时槽的底部形状确定过程的示意图；

图7为本发明所述定子空间分布设计时通过CAD中的镜像功能确定完整槽的而形状过程的示意图；

图8为本发明所述定子空间分布设计时通过CAD中的内切圆功能确定槽的顶部形状过程的示意图；

图9为本发明所述定子空间分布设计时通过CAD中的镜像、内切圆和修剪功能完成一个槽的过程的示意图；

图10为本发明所述定子空间分布设计时通过CAD中的阵列功能完成所有槽的过程的示意图；

图11为本发明所述转子空间分布设计时槽的公共边确定过程的过程示意图；

图12为本发明所述转子空间分布设计时通过CAD中的阵列功能完成所有槽的过程的示意图；

具体实施方式

如图4所示的电机铁心，包括定子和转子，以及设置在定子和转子上的定子齿和转子齿；其中定子齿的主齿部A’的两齿边互相平行，转转子齿的主齿部B’的两齿边互相平行。且定子上的定子齿均匀分布，转子上转子齿均匀分布。

如图4至图12所示为组成上述铁芯的硅钢片的生产方法，包括如下步骤：

步骤1利用角分法来确定电机铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置，具体如下：

a、绘出定子和转子的内外径，再根据定子和转子的槽数分别计算出定子和转子各自每槽每齿所占的角度a和角度b(由于定子的齿数和槽数与转子的齿数和槽数是不同的所以角a和角b的大小是不同的)；

b、完成一个槽的设计：

定子(如图5至图10所示)：以X轴为参考做一条过原点并与X轴构成a/2角度的直线A，并以直线A为参照向下做一条平行线B，且AB两线间的距离C为1/2定子齿宽，直线A是铁芯齿部的中心线，直线B是铁芯齿和槽的公共边，以X轴为中心对称绘出该槽的另一公共边(如图5所示)，然后根据槽的实际几何尺寸以X轴为中心绘出槽的顶部和槽的底，再利用CAD绘图工具进行镜像、内切圆和修剪完成定子上的一个槽的设计(如图6至图9所示)，在通过阵列完成铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置的设计(如图10所示)；

转子(如图11至图12所示)：同样以X轴为参考做一条过原点并与X轴构成b/2角度的直线A’’，并以直线A’’为参照向下做一条平行线B’’，且A’’B’’两线间的距离C’’为1/2转子齿宽，直线A’’是铁芯齿部的中心线，直线B’’是铁芯齿和槽的公共边，以X轴为中心对称绘出该槽的另一公共边(如图11所示)，然后根据槽的几何尺寸以X轴为中心绘出槽的顶部和槽的底部，同样再利用CAD绘图工具进行镜像、内切圆和修剪完成定子上的一个槽的设计(由于其实现过程同定子的实现过程是一样的，因此这里就不在赘述)，在通过阵列完成铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置的设计(如图12所示)；

步骤2根据步骤1设计的铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置设计(如图4所示)开发冲压模具；

步骤3将步骤2开发生产的冲压模具安装到高速冲床上，进行冲压生产定子铁芯及转子铁芯。

基本参数同传统设计方法相比无变化。但利用角分法作图定子齿宽和转子齿宽为一定值而不是传统设计所采用的平均值。从以上设计可以计算得出定、转子槽的面积不变，从而证明本发明可以做到在保证原有线圈设计的前提下把定转子的齿设计成平行齿。解决了铁芯齿部磁场分布不均匀的问题，从而降低了电机的电磁噪音，减少了涡流损耗、铁耗等电机参数进而提高了电机的效率、功率因数以及其他电机特性。

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。

Claims (1)

1.一种组成铁芯的硅钢片的生产方法，所述铁芯的定子齿的主齿部的两齿边互相平行，转子齿的主齿部的两齿边互相平行； 

其特征在于包括如下步骤： 

步骤1利用角分法来确定电机铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置，具体如下： 

a、绘出定子和转子的内外径，再根据定子和转子的槽数分别计算出定子和转子各自每槽每齿所占的角度a和角度b； 

b、完成一个槽的设计： 

定子：以X轴为参考做一条过原点并与X轴构成a/2角度的直线A，并以直线A为参照向下做一条平行线B，且AB两线间的距离为1/2定子齿宽，直线A是铁芯齿部的中心线，直线B是铁芯齿和槽的公共边，以X轴为中心对称绘出该槽的另一公共边，然后根据槽的实际几何尺寸以X轴为中心绘出槽的顶部和槽的底，完成定子上的一个槽的设计； 

转子：同样以X轴为参考做一条过原点并与X轴构成b/2角度的直线A’，并以直线A’为参照向下做一条平行线B’，且A’B’两线间的距离为1/2转子齿宽，直线A’是铁芯齿部的中心线，直线B’是铁芯齿和槽的公共边，以X轴为中心对称绘出该槽的另一公共边，然后根据槽的几何尺寸以X轴为中心绘出槽的顶部和槽的底部，完成转子上的一个槽的设计； 

c、利用CAD绘图工具进行镜像、内切圆、修剪及阵列完成铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置的设计； 

步骤2根据步骤1设计的铁芯齿、槽在铁芯硅钢片上的空间分布位置设计开发冲压模具； 

步骤3将步骤2开发生产的冲压模具安装到高速冲床上，进行冲压生产定子铁芯及转子铁芯。 

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