CN105471127A - 电机及电机用磁芯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电机及电机用磁芯。该电机包括定子(2)、转子(4)。定子(2)包括定子磁芯(22)、定子绕组(24)及绝缘线架(26)。定子磁芯(22)包括外环部(221)、内环部(223)、从外环部(221)向外呈放射状延伸的多个齿部(225)、连接外环部(221)与内环部(223)的若干连接臂(227)及位于每一齿部(225)顶端的齿冠(229)，连接臂(227)的周向宽度小于齿部(225)的周向宽度。定子磁芯(22)的外径为D、外环部(221)的径向宽度为T1、每一齿部(225)的齿宽为T3、每一齿部(225)的高度为L1、每相邻两齿部(225)齿根之间的周向间距为L3，L1与L3的比值为1.0-1.3，T3与L3的比值为0.8-1.0，T1与L3的比值为0.5-0.6，T3与D的比值为0.07-0.1。

Description

电机及电机用磁芯
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机及电机用磁芯。
背景技术
电机(Motors)是一种利用电磁感应原理将电能转换成机械能的设备，用途广泛。电机一般包括：壳体以及安装于壳体内的电机本体，该电机本体包括定子、转子以及电路单元等。定子又包括定子磁芯与定子绕组。定子磁芯用于安装、固定定子绕组，并为电机提供磁通回路的重要部件。定子磁芯一般由多片导磁芯片叠压构成。
由于定子磁芯对磁通具有磁阻，电机工作时，磁通在定子磁芯上通过，会产生热量，造成电机的磁滞损耗；同时，由于定子磁芯本身是导体，电机工作时，在垂直于磁力线的平面上会产生感应电势，该电势在定子磁芯的断面上形成闭合回路并产生漩涡状的电流，使定子磁芯发热，造成电机的涡流损耗。磁滞损耗、涡流损耗都产生于定子磁芯，统称为电机的铁耗。
请参阅图1，传统的构成定子磁芯的导磁芯片100包括一环部130，从该环部130向外呈放射状延伸的多个齿部150、及位于每一齿部150顶端的齿冠170。所述每一齿部150呈细长形，其高度即从齿根(齿部150与环部130相接处)至齿冠170的距离较大，造成磁路较长、磁阻较大，磁通在由该导磁芯片100构成的定子磁芯上通过时的发热量较大，从而导致电机的铁耗较大，效率较低。
随着电机技术的发展，对电机效率的要求越来越高。为提高电机的效率，需改进定子磁芯、降低铁耗，减少电机功率在定子磁芯上的损失。目前常用的降低铁耗的办法是采用低损耗的硅钢片，但由于硅钢片损耗与价格成反比的关系，会导致电机总成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机，其具有较高的效率。
本发明的目的还在于提供一种电机用磁芯，能够降低电机的铁耗，提高电机的效率。
为实现上述目的，本发明提供一种电机，该电机包括定子和可相对定子旋转的转子。转子包括外壳和若干固定于外壳内壁的永久磁极。定子包括定子磁芯、绕设于定子磁芯上的定子绕组及用于绝缘定子磁芯与定子绕组的绝缘线架。所述若干永久磁极环绕于定子磁芯及定子绕组外侧。所述定子磁芯包括外环部、内环部、从外环部向外呈放射状延伸的多个齿部、连接外环部与内环部的若干连接臂及位于每一齿部顶端的齿冠，所述连接臂的周向宽度小于齿部的周向宽度。
所述绝缘线架通过包覆成型的方式形成于定子磁芯外表面。
所述外环部的外表面包括若干段平面，所述齿部的侧壁与外环部的外表面基本垂直。
所述转子外壳的端壁开设有若干通风孔，所述定子磁芯的相邻连接臂之间形成通风槽，所述通风槽与通风孔相通。
将所述每一齿部的齿宽定义为T3、每一齿部的高度定义为L1、每相邻两齿部齿根之间的周向间距定义为L3，L1与L3的比值为1.0-1.3，T3与L3的比值为0.8-1.0。
将所述外环部的径向宽度定义为T1，T1与L3的比值为0.5-0.6。
将所述定子磁芯的外径定义为D，T3与D的比值为0.07-0.1。
所述永久磁极的外表面为一中间外凸的外圆弧形表面，所述永久磁极的内表面为中间内凹的曲面，所述曲面包括一段内圆弧面和两段平面，所述内圆弧面连接于所述两段平面之间，所述外圆弧形表面的极弧角α为0.7-0.96，所述内圆弧面的圆弧角β与所述外圆弧形表面的极弧角α的比值为0.15-0.35。
每一所述平面与通过邻接的所述内圆弧面端点的半径之间的夹角θ为85-95度。
所述永久磁极的内表面与所述定子磁芯的齿冠之间的最大气隙与最小气隙的比值为3-7。
本发明还提供一种电机用磁芯，该磁芯由多片导磁芯片叠压而成。所述导磁芯片包括外环部、内环部、从外环部向外呈放射状延伸的多个齿部、连接外环部与内环部的若干连接臂及位于每一齿部顶端的齿冠，所述连接臂的周向宽度小于齿部的周向宽度，将所述外环部的径向宽度定义为T1、所述每一齿部的齿宽定义为T3、每一齿部的高度定义为L1、每相邻两齿部齿根之间的周向间距定义为L3，L1与L3的比值为1.0-1.3，T3与L3的比值为0.8-1.0，T1与L3的比值为0.5-0.6。
将所述导磁芯片的外径定义为D，T3与D的比值为0.07-0.1。
所述外环部的外表面包括若干段平面，所述齿部的侧壁与外环部的外表面基本垂直。
应用于一具体型号的电机，所述外环部的径向宽度T1为6.2mm、所述每一齿部的齿宽T3为9mm、每一齿部的高度L1为12.8mm、每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3为10.3mm。
所述导磁芯片由硅钢片或铁镍软磁合金薄板冲制而成。
本发明的有益效果：本发明的电机，通过将定子磁芯设置为具有内环部、连接臂、外环部、齿部及齿冠的结构对定子磁芯进行了改进，使得电机具有更高的效率；本发明的电机用磁芯，通过将齿部的高度缩短，从而缩短磁路，降低磁阻，尤其是把构成定子磁芯的导磁芯片的齿部高度L1与每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3的比值设置为1.0-1.3，每一齿部的齿宽T3与每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3的比值设置为0.8-1.0，外环部的径向宽度T1与每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3的比值设置为0.5-0.6，每一齿部的齿宽T3与导磁芯片的外径D的比值设置为0.07-0.1，有效降低了定子磁芯的磁阻，使得电机的铁耗降低，电机效率得以提高。
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
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它有益效果显而易见。
附图中，
图1为传统的构成定子磁芯的导磁芯片的结构示意图；
图2为本发明电机的立体图；
图3为本发明电机的沿其轴向的纵向剖视图；
图4为本发明电机的垂直于其轴向的横向剖视图；
图5为本发明电机的定子的结构示意图；
图6为本发明电机一实施例的定子磁芯的结构示意图；
图7为本发明电机另一实施例的定子磁芯的结构示意图；
图8为本发明电机用磁芯一实施例的导磁芯片的结构示意图；
图9为本发明电机用磁芯另一实施例的导磁芯片的结构示意图；
图10为本发明电机用磁芯的导磁芯片的尺寸比值表；
图11为本发明电机用磁芯的导磁芯片与传统导磁芯片的尺寸比值对照表；
图12为使用本发明电机用磁芯的电机与使用传统定子磁芯的电机的效率对照表；
图13为本发明电机的永久磁极的立体示意图；
图14为本发明电机的永久磁极的俯视示意图；
图15为本发明电机的永久磁极与定子磁芯的部分放大俯视示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图2至图4，本发明首先提供一种电机，该电机包括定子2和可相对定子2旋转的转子4，转子4包括外壳42和若干固定于外壳42内壁的永久磁极44，定子2包括定子磁芯22、绕设于定子磁芯22上的定子绕组24及用于绝缘定子磁芯22与定子绕组24的绝缘线架26，所述若干永久磁极44环绕于定子磁芯22及定子绕组24外侧。请同时参阅图5至图7，本发明的电机对定子磁芯的结构进行了改进，所述定子磁芯22包括外环部221、内环部223、从外环部221向外呈放射状延伸的多个齿部225、连接外环部221与内环部223的若干连接臂227及位于每一齿部225顶端的齿冠229，所述连接臂227的周向宽度小于齿部225的周向宽度，所述齿冠229从齿部225顶端沿电机周向延伸。
所述绝缘线架26通过包覆成型的方式形成于定子磁芯22外表面，但暴露定子磁芯22的齿冠229与转子4的永久磁级44相对的表面。
所述转子外壳42的端壁开设有若干通风孔422，所述定子磁芯22的相邻连接臂227之间形成通风槽228，所述通风槽228与通风孔422相通，以利于电机内部散热。
如图6所示，在本发明电机的一实施例中，所述定子磁芯22外环部221的外表面包括若干段与所述内环部223同心的圆弧面，所述多个齿部225沿所述外环部221的外表面径向向外呈放射状延伸。
如图7所示，在本发明电机的另一实施例中，所述定子磁芯22外环部221’的外表面包括若干段平面，所述齿部225的侧壁与外环部221’的外表面基本垂直，二者之间的夹角可以在85度至100度之间。
所述定子磁芯22的外径为D、所述外环部221的径向宽度为T1、所述每一齿部225的齿宽为T3、每一齿部225的高度即从齿根(齿部225与外环部221相接处)至齿冠229的距离为L1、每相邻两齿部225齿根之间的周向间距为L3，设置L1与L3的比值为1.0-1.3，T3与L3的比值为0.8-1.0，T1与L3的比值为0.5-0.6，T3与D的比值为0.07-0.1。
本发明还提供一种电机用磁芯，该磁芯可用于电机定子。
本发明的电机用磁芯由多片导磁芯片1叠压而成。请参阅图8，为本发明电机用磁芯一实施例的导磁芯片1的结构示意图，所述导磁芯片1包括外环部11、内环部13、从外环部11向外呈放射状延伸的多个齿部15、连接外环部11与内环部13的若干连接臂17及位于每一齿部15顶端的齿冠19。所述连接臂17的周向宽度小于齿部15的周向宽度。所述齿冠19从齿部15顶端沿导磁芯片1的周向延伸。
请同时参阅图10，所述导磁芯片1的外径为D、所述外环部11的径向宽度为T1、所述每一齿部15的齿宽为T3、每一齿部15的高度即从齿根(齿部15与外环部11相接处)至齿冠19的距离为L1、每相邻两齿部15齿根之间的周向间距为L3，将L1与L3的比值设置为1.0-1.3，优先选用较高的比值；将T3与L3的比值设置为0.8-1.0，优先选用中等的比值；将T1与L3的比值设置为0.5-0.6，优先选用中等的比值；将T3与D的比值设置为0.07-0.1，优先选用较高的比值。
在本实施例中，所述外环部11的外表面包括若干段与所述内环部13同心的圆弧面，所述多个齿部15沿所述外环部11的外表面径向向外呈放射状延伸。
请参阅图9，为本发明电机用磁芯另一实施例的导磁芯片1的结构示意图，其与上述实施例中导磁芯片的区别在于，外环部11’的外表面包括若干段平面，所述齿部15的侧壁与外环部11’的外表面基本垂直，二者之间的夹角可以在85度至100度之间。
请参阅图11，将本发明的电机用磁芯作为定子磁芯应用于一具体型号的电机，所述导磁芯片1的外环部11的径向宽度T1为6.2mm、每一齿部15的齿宽T3为9mm、每一齿部15的高度L1为12.8mm、每相邻两齿部15齿根之间的周向间距L3为10.3mm；L1与L3的比值为1.25，T3与L3的比值为0.88，T1与L3的比值为0.6。
而应用于该型号电机的传统的定子磁芯的导磁芯片100的环部130的径向宽度T1为5.7mm，每一齿部150的齿宽T3为8mm、每一齿部150的高度L1为15.5mm，每相邻两齿部150齿根之间的周向间距L3为9.3mm；L1与L3的比值为1.67，超出了本发明设置的比值1.0-1.3的范围；T3与L3的比值为0.86；T1与L3的比值为0.62，超出了本发明设置的比值0.5-0.6的范围。相对于传统的导磁芯片100，本发明的导磁芯片1相当于分别增大了齿部15的齿宽T3、外环部11的径向宽度T1、与每相邻两齿部15齿根之间的周向间距L3，而减小了齿部15的高度L1，磁路优化后的新导磁芯片1比传统导磁芯片100缩短了磁路，从而具有低的磁阻，能够降低电机的铁耗，提高电机的效率。
请参阅图12，经实验测试验证，在电机具有同样的转子、同样的定子绕组线圈线径及匝数的情况下，使用本发明电机用磁芯的电机的平均效率为82.11％，而使用传统定子磁芯的电机的平均效率为78.76％。使用本发明的电机用磁芯使得电机的平均效率提高了3.35％。
值得一提的是，所述导磁芯片1由导磁性能较好的硅钢片或铁镍软磁合金薄板冲制而成，当然也可以由其他导磁材料制成。
综上所述，本发明的电机，通过将定子磁芯设置为具有内环部、连接臂、外环部、齿部及齿冠的结构对定子磁芯进行了改进，使得电机具有更高的效率；本发明的电机用磁芯，通过将齿部的高度缩短，从而缩短磁路，降低磁阻，尤其是把构成子磁芯的导磁芯片的齿部高度L1与每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3的比值设置为1.0-1.3，每一齿部的齿宽T3与每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3的比值设置为0.8-1.0，外环部的径向宽度T1与每相邻两齿部齿根之间的周向间距L3的比值设置为0.5-0.6，每一齿部的齿宽T3与导磁芯片的外径D的比值设置为0.07-0.1，有效降低了定子磁芯的磁阻，使得电机的铁耗降低，电机效率得以提高。
可以理解地，本发明的电机用磁芯也可以用于电机转子。
请参阅图13至图15，本发明还可以对永久磁极44进行优化，具体地，永久磁极44的外表面为一中间外凸的圆弧形外表面442，永久磁极44的内表面为中间内凹的曲面，所述曲面包括一段圆弧面444和两段平面446。圆弧面444连接在两段平面446之间从而形成一个整体的曲面。圆弧形外表面442的极弧角α为0.7-0.96，而圆弧面444的圆弧角β与圆弧形外表面442的极弧角α之间的比值为0.15-0.35。进一步地，永久磁极44的内表面圆弧(即内圆弧面444)与外表面圆弧(外圆弧形表面442)为同心圆。每一平面446与通过邻接的内圆弧面444末端的半径之间形成夹角θ为85-95度。另外，永久磁极44外表面442的两端与内表面的两端之间分别通过一弧形过渡面448连接。更进一步地，所述永久磁极44的厚度从中间向两端部逐渐减小。
永久磁极44的内表面与定子磁芯的齿225的齿冠229的外表面之间的最大气隙δmax与最小气隙δmin之比为3-7。特别优选地，所述永久磁极44与定子磁芯22的齿冠229之间最大气隙与最小气隙之比等于5。这样永久磁极44与定子磁芯22的各个齿部225之间形成不均匀的气隙，从而可减小齿槽转矩且降低电机运行时的噪音。
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权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种电机，包括定子(2)和可相对定子(2)旋转的转子(4)，转子包括外壳(42)和若干固定于外壳(42)内壁的永久磁极(44)，定子(2)包括定子磁芯(22)、绕设于定子磁芯(22)上的定子绕组(24)及用于绝缘定子磁芯(22)与定子绕组(24)的绝缘线架(26)，所述若干永久磁极(44)环绕于定子磁芯(22)及定子绕组(24)外侧，其特征在于，所述定子磁芯(22)包括外环部(221)、内环部(223)、从外环部(221)向外呈放射状延伸的多个齿部(225)、连接外环部(221)与内环部(223)的若干连接臂(227)及位于每一齿部(225)顶端的齿冠(229)，所述连接臂(227)的周向宽度小于齿部(225)的周向宽度。
2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述绝缘线架(26)通过包覆成型的方式形成于定子磁芯(22)外表面。
3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述外环部(221’)的外表面包括若干段平面，所述齿部(225)的侧壁与外环部(221’)的外表面基本垂直。
4.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子外壳(42)的端壁开设有若干通风孔(422)，所述定子磁芯(22)的相邻连接臂(227)之间形成通风槽(228)，所述通风槽(228)与通风孔(422)相通。
5.如权利要求1至4任一项所述的电机，其特征在于，将所述每一齿部(225)的齿宽定义为T3、每一齿部(225)的高度定义为L1、每相邻两齿部(225)齿根之间的周向间距定义为L3，L1与L3的比值为1.0-1.3，T3与L3的比值为0.8-1.0。
6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，将所述外环部(221)的径向宽度定义为T1，T1与L3的比值为0.5-0.6。
7.如权利要求5所述的电机，其特征在于，将所述定子磁芯(22)的外径定义为D，T3与D的比值为0.07-0.1。
8.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述永久磁极(44)的外表面为一中间外凸的外圆弧形表面(442)，所述永久磁极(44)的内表面为中间内凹的曲面，所述曲面包括一段内圆弧面(444)和两段平面(446)，所述内圆弧面(444)连接于所述两段平面(446)之间，所述外圆弧形表面(442)的极弧角α为0.7-0.96，所述内圆弧面(444)的圆弧角β与所述外圆弧形表面(442)的极弧角α的比值为0.15-0.35。
9.如权利要求8所述的电机，其特征在于，每一所述平面(446)与通过邻接的所述内圆弧面(444)端点的半径之间的夹角θ为85-95度。
10.如权利要求8所述的电机，其特征在于，所述永久磁极(44)的内表面与所述定子磁芯(22)的齿冠(229)之间的最大气隙与最小气隙的比值为3-7。
11.一种电机用磁芯，该磁芯由多片导磁芯片(1)叠压而成，其特征在于，所述导磁芯片(1)包括外环部(11)、内环部(13)、从外环部(11)向外呈放射状延伸的多个齿部(15)、连接外环部(11)与内环部(13)的若干连接臂(17)及位于每一齿部(15)顶端的齿冠(19)，所述连接臂(17)的周向宽度小于齿部(15)的周向宽度，将所述外环部(11)的径向宽度定义为T1、所述每一齿部(15)的齿宽定义为T3、每一齿部(15)的高度定义为L1、每相邻两齿部(15)齿根之间的周向间距定义为L3，L1与L3的比值为1.0-1.3，T3与L3的比值为0.8-1.0，T1与L3的比值为0.5-0.6。
12.如权利要求11所述的电机用磁芯，其特征在于，将所述导磁芯片(1)的外径定义为D，T3与D的比值为0.07-0.1。
13.如权利要求11或12所述的电机用磁芯，其特征在于，所述外环部(11’)的外表面包括若干段平面，所述齿部(15)的侧壁与外环部(11’)的外表面基本垂直。
14.如权利要求11或12所述的电机用磁芯，其特征在于，所述外环部(11)的径向宽度T1为6.2mm、所述每一齿部(15)的齿宽T3为9mm、每一齿部(15)的高度L1为12.8mm、每相邻两齿部(15)齿根之间的周向间距L3为10.3mm。
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