CN102868240A

CN102868240A - 无刷电机及其定子铁芯

Info

Publication number: CN102868240A
Application number: CN2011101929897A
Authority: CN
Inventors: 李永斌; 王新平; 邹乐; 李燕斌
Original assignee: Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Guangdong Dechang Motor Co.,Ltd.
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: CN102868240B

Abstract

本发明涉及无刷电机及其定子铁芯。该无刷电机包括定子和安装到定子的转子。定子包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯包括环形的轭部(22)以及从轭部伸出的9n个齿(23)，该9n个齿形成3n个第一类型的槽(24a)和6n个第二类型的槽(24b)，第一类型的槽(24a)的面积大于第二类型的槽(24b)的面积。定子绕组包括6n个线圈元件，线圈元件的节距为2。每个第一类型的槽(24a)收容两个线圈元件的有效边，每个第二类型的槽(24b)只收容一个线圈元件的有效边。转子具有4n个磁极。n为正整数。本发明的无刷电机提高了材料使用率、简化了绕组结构、提高了绕组系数、降低了齿槽转矩。

Description

无刷电机及其定子铁芯

技术领域

本发明涉及电机，尤其涉及无刷电机及其定子。

背景技术

参考图1和图2，一种典型的6槽4极无刷电机包括定子和转子。定子包括定子铁芯和绕组，定子铁芯由定子芯片沿电机轴向堆叠而成。定子铁芯包括环状的轭部12以及从6个轭部向内伸出的齿13，绕组包括6个线圈元件，其绕线方式为业内常用的集中式绕组，即每个线圈元件分别缠绕于对应的单个齿上。转子包括转轴、固定到转轴的转子铁芯、以及固定到转子铁芯的永磁体，该转子具有4个磁极。因此，该无刷电机为6槽4极电机。

每个定子芯片由硅钢片冲压而成，被冲掉的部分就是废料。现有的设计中，被冲掉的部分较多，材料使用率较低。此外，该6槽4极的电机还具有较高的齿槽转矩(cogging torque)。

因此，亟需一种改进的电机。

发明内容

本发明的一个目的是改善电机的材料使用率。为此，提供一种无刷电机，包括定子和安装到定子的转子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯包括环形的轭部以及从轭部伸出的齿，所述定子绕组包括若干缠绕于所述齿的线圈元件，其特征在于，所述定子铁芯包括9n个齿，所述定子绕组包括6n个线圈元件，n为正整数。

作为一种优选方案，所述转子包括4n个磁极。

作为一种优选方案，每个线圈元件的节距是2。

作为一种优选方案，所述9n个齿形成9n个槽，所述9n个槽包括3n个第一类型的槽和6n个第二类型的槽，所述第一类型的槽收容两个线圈元件的有效边，第二类型的槽只收容一个线圈元件的有效边。

作为一种优选方案，所述第一类型的槽的面积大于第二类型的槽的面积。

作为一种优选方案，所述第一类型的槽的径向深度基本上等于第二类型的槽的径向深度；所述第一类型的槽的周向宽度大于第二类型的槽的周向宽度。

本发明的另一个目的是提高一种改善材料利用率的定子铁芯，该定子铁芯包括环形的轭部以及从轭部伸出的齿，所述定子铁芯包括9n个齿，所述9n个齿形成9n槽，所述9n个槽包括3n个第一类型的槽和6n个第二类型的槽，所述第一类型的槽的面积大于第二类型的槽的面积，n为正整数。

作为一种优选方案，所述3n个第一类型的槽沿轭部的周向均匀分布，每两个第一类型的槽之间具有两个第二类型的槽。

作为一种优选方案，所述第一类型的槽的周向宽度大于第二类型的槽的周向宽度。

作为一种优选方案，所述9n个槽的槽开口沿着轭部的周向均匀分布。

作为一种优选方案，所述定子铁芯具有6n个线圈元件，每个线圈元件的节距是2，所述第一类型的槽收容两个线圈元件的有效边，第二类型的槽只收容一个线圈元件的有效边。

作为一种优选方案，n为1或2。

实施本发明，能提高定子迭片的材料利用率，同时提高线圈元件的线材的使用率。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

附图中：

图1显示了传统的无刷电机的定子迭片；

图2显示了传统的无刷电机的定子，定子绕组和转子；

图3显示了本发明一实例提供的无刷电机；

图4显示了图3所述无刷电机的定子，定子绕组和转子；

图5显示了图4所述定子的铁心迭片；以及

图6显示了本发明另一实例提供的无刷电机的定子绕组和转子。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

参考图3和图4，本发明一实例提供的无刷电机包括定子和转子。定子包括外壳21、安装到外壳21的定子铁芯、安装到定子铁芯的定子绕组、安装到外壳21的开口端的端盖等。转子包括转轴29、固定到转轴29的转子铁芯、固定到转子铁芯的永磁体31等。转子通过转轴29安装到定子，转轴29由安装于端盖的轴承支承。转子具有4个磁极。

参考图4和图5，定子铁芯由定子迭片沿电机轴向堆叠而成；应当意识到，定子铁芯也可以由粉末冶金压制而成。定子铁芯包括环形的轭部22以及从轭部伸出的9个齿23。每个齿23包括从轭部伸出的齿身23a以及位于齿身末端的齿冠23b。相邻齿23形成槽24，而该相邻齿的齿冠23b之间形成槽的开口。定子的9个齿共形成9个槽24，该9个槽包括3个第一类型的槽24a和6个第二类型的槽24b，第一类型的槽24a的面积大于第二类型的槽24b的面积。该3个第一类型的槽24a沿轭部22的周向均匀分布，每两个第一类型的槽24a之间具有两个第二类型的槽24b。

定子绕组为三相绕组，A-X表示第一相，B-Y表示第二相，C-Z表示第三相，每相包括两个线圈。因此，定子绕组共包括缠绕于齿的6个线圈元件，每个线圈元件的节距是2。其中，第一类型的槽24a收容两个线圈元件的有效边，第二类型的槽24b槽24a只收容一个线圈元件的有效边。因此，可以通过涉及第一类型的槽24a、第二类型的槽24b的大小关系，使第一类型的槽和第二类型的槽都具有较高的槽满率。

本实例中，各个槽24的径向深度基本相同，但是，第一类型的槽24a的周向宽度大于第二类型的槽24b的周向宽度。换言之，形成第二类型的槽24b的两个齿的距离较小，因此，跨绕该齿的线圈元件的端部较短，提高了线材例如铜制绕线的利用率，提高了电机的效率。

作为一种替换方案，各个槽24的径向深度可以不相同，例如，第一类型的槽24a的径向深度大于第二类型的槽24b的径向深度。

本实例中，各个槽24的槽开口沿轭部的周向均匀分布。换言之，各个齿23的齿冠23b的周向尺寸基本相同，且沿轭部的周向均匀分布。该设计下，位于两相邻槽24b之间的齿的齿身23a基本上沿着定子的径向延伸，而其他齿的齿身23a偏移定子的径向。

与传统的定子具有6个线圈元件的无刷电机相比，上述实例的定子迭片具有9个齿，减少了冲压面积，因此，提高了材料的使用率。

参考图6，本发明另一实例提供的无刷电机为18槽8极电机。该电机与图4所示电机的主要区别之处在于定子的槽数、线圈元件数、转子的磁极数不同。本实例中，定子铁芯具有18个齿23，该18个齿形成18个槽，其中包括6个第一类型的槽24a以及12个第二类型的槽24b，该6个第一类型的槽24a沿定子铁芯的轭部22均匀分布，相邻的两个第一列型的槽24a之间具有两个第二类型的槽24b。转子具有12个线圈元件，线圈元件数量是槽数的2/3，每个线圈元件的节距为2。每个第一类型的槽24a收容两个线圈元件的有效边，每个第二类型的槽24b只收容一个线圈元件的有效边。

本发明可适用于定子铁芯包括9n个齿、定子绕组具有6n个线圈元件的电机，n为大于或等于1的整数。该电机的转子优选具有4n个磁极。本发明的电机具有材料利用率高、绕组系数高、齿槽转矩低的优点。

本发明的上述实例的无刷电机还具有较高的绕组系数(WF，windingfactor)，有利于节省绕组的线材例如铜线。所述绕组系数WC根据以下公式计算：

WC＝sin(pitch×(pole/slot)×90)×cosa，其中：

pitch表示线圈元件的节距；

pole表示转子极对数；

slot表示定子槽数；

a表示绕组感应电势与齿轴线的夹角，单位是度；

下表为图2所示的现有电机、本发明图4和图6所示的电机的绕组系数的计算结果对照

表1：图2、图4和图6所示电机的WF比较

可见，本发明优选实例提供的电机的绕组系数可达到0.925～0.97，而如图1、图2所述的传统的6槽4极电机的绕组系数只有0.866左右。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种无刷电机，包括定子和安装到定子的转子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯包括环形的轭部(22)以及从轭部伸出的齿(23)，所述定子绕组包括若干缠绕于所述齿的线圈元件，其特征在于，所述定子铁芯包括9n个齿，所述定子绕组包括6n个线圈元件，n为正整数。

2.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述转子包括4n个磁极。

3.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，每个线圈元件的节距是2。

4.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述9n个齿形成9n个槽(24)，所述9n个槽包括3n个第一类型的槽(24a)和6n个第二类型的槽(24b)，所述第一类型的槽(24a)收容两个线圈元件的有效边，第二类型的槽(24b)只收容一个线圈元件的有效边。

5.根据权利要求4所述的无刷电机，其特征在于，所述第一类型的槽(24a)的面积大于第二类型的槽(24b)的面积。

6.根据权利要求5所述的无刷电机，其特征在于，所述第一类型的槽(24a)的径向深度基本上等于第二类型的槽(24b)的径向深度；所述第一类型的槽(24a)的周向宽度大于第二类型的槽(24b)的周向宽度。

7.一种定子铁芯，包括环形的轭部(22)以及从轭部伸出的齿(23)，其特征在于，所述定子铁芯包括9n个齿，所述9n个齿形成9n槽(24)，所述9n个槽包括3n个第一类型的槽(24a)和6n个第二类型的槽(24b)，所述第一类型的槽(24a)的面积大于第二类型的槽(24b)的面积，n为正整数。

8.根据权利要求7所述的定子铁芯，其特征在于，所述3n个第一类型的槽(24a)沿轭部(22)的周向均匀分布，每两个第一类型的槽(24a)之间具有两个第二类型的槽(24b)。

9.根据权利要求8所述的定子铁芯，其特征在于，所述第一类型的槽(24a)的周向宽度大于第二类型的槽(24b)的周向宽度。

10.根据权利要求9所述的定子铁芯，其特征在于，所述9n个槽(24)的槽开口沿着轭部(22)的周向均匀分布。

11.根据权利要求7所述的定子铁芯，其特征在于，所述定子铁芯绕有6n个线圈元件，每个线圈元件的节距是2，所述第一类型的槽(24a)收容两个线圈元件的有效边，第二类型的槽(24b)只收容一个线圈元件的有效边。

12.根据权利要求7所述的定子铁芯，其特征在于，n为1或2。