CN108110926A - 动子结构及具有其的电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动子结构及具有其的电机。动子结构包括动子主体，动子主体包括：动子内环结构；动子外环结构，位于动子内环结构的外周，动子内环结构和动子外环结构分体设置，其中，动子外环结构由第一硅钢片制成，第一硅钢片的厚度大于等于0.05mm且小于等于0.25mm；永磁体，设置在动子外环结构上。应用本发明的技术方案，提高了电机效率。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，具体而言，涉及一种动子结构及具有其的电机。
背景技术
随着人类生活越来越智能化，各个领域对电机的性能及可靠性要求越来越高，需求量越来越多。各个电机厂家都在力求开发出高效率、高可靠性且低成本的电机产品。
图1和图2为现有技术中的电机结构示意图。如图1所示，电机包括动子本体10’和套设在动子本体10’外周的定子结构，动子本体10’上设有安装永磁体40’的安装槽111’，定子机构包括定子本体20’和定子绕组21’，动子本体10’上设有用于安装转轴的轴向通孔30’。动子结构、定子结构、转轴及设于动子本体内的永磁体40’共同组成了现有技术中的电机。
电机厂家为了追求此类电机的高性能，通常选用磁性能好的硅钢片用来制作动子本体，但是又带来了成本提高的问题。因此，如何提高电机效率，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种动子结构及具有其的电机，提高了电机效率。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种动子结构，动子结构包括动子主体，动子主体包括：动子内环结构；动子外环结构，位于动子内环结构的外周，动子内环结构和动子外环结构分体设置，其中，动子外环结构由第一硅钢片制成，第一硅钢片的厚度大于等于0.05mm且小于等于0.25mm；永磁体，设置在动子外环结构上。
进一步地，动子内环结构由第二硅钢片制成，其中，第二硅钢片的厚度大于第一硅钢片的厚度，或者动子内环结构由磁导率低于第一硅钢片的金属制成。
进一步地，动子外环结构套设在动子内环结构的外周，动子外环结构与动子内环结构之间间隙配合。
进一步地，动子外环结构和动子内环结构之间粘接连接或者通过热合方式连接或者通过冷压方式连接。
进一步地，动子外环结构和动子内环结构之间粘接连接时，动子内环结构的外壁面上设有容胶槽。
进一步地，动子结构包括多个容胶槽，多个容胶槽绕动子内环结构的中心轴线间隔设置。
进一步地，动子内环结构上设有多个减重槽或者多个减重孔，多个减重槽或者多个减重孔绕动子内环结构的轴线间隔设置。
进一步地，动子外环结构上设有多个用于安装永磁体的安装槽组，多个安装槽组沿动子外环结构的周向间隔设置。
进一步地，安装槽组包括一个或者多个安装槽。
进一步地，安装槽为两个时，两个安装槽之间具有夹角，以使安装槽组呈V形。
根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括动子结构和设置在动子结构外周的定子结构，动子结构为前述的动子结构。
应用本发明的技术方案，将动子主体设置为动子内环结构和动子外环结构两部分，且动子外环结构采用厚度为0.05mm至0.25mm的第一硅钢片制成。由于硅钢片具有高磁导率，且硅钢片越薄，应用该硅钢片的电机涡流损耗越小，电机效率越高。进一步地，由现有技术可知，电机的动子结构的磁路由两部分构成，一部分是形成电机旋转磁场的有效磁通路径，另一部分是不形成电机旋转磁场的磁通闭合回路。动子外环结构采用硅钢片制成，用于形成电机旋转磁场的有效磁通路径，硅钢片的高磁导率保证了动子结构有充足的磁通路径，进一步提高了电机效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中的电机的结构示意图；
图2示出了现有技术中的电动机空载时的磁通路径分布示意图；
图3示出了根据本发明的动子结构的实施例一的组成结构示意图；
图4示出了图3中的C处放大示意图；
图5示出了根据本发明的电机的结构示意图；以及
图6示出了根据本发明的电机的动子结构的实施例二的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、动子主体；11、动子外环结构；111、安装槽；12、动子内环结构；121、容胶槽；122、减重槽；20、定子主体；21、定子绕组；30、轴向通孔；40、永磁体。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图3至图5所示，本发明的实施例一提供了一种动子结构。动子结构包括动子主体10，动子主体10包括动子内环结构12和动子外环结构11；动子外环结构11位于动子内环结构12的外周，动子内环结构12和动子外环结构11分体设置，其中，动子外环结构11由第一硅钢片制成，第一硅钢片的厚度大于等于0.05mm且小于等于0.25mm；永磁体40，设置在动子外环结构11上。
在本发明中，将动子主体10设置为动子内环结构12和动子外环结构11两部分，且动子外环结构11采用厚度为0.05mm至0.25mm的第一硅钢片制成。由于硅钢片具有高磁导率，且硅钢片越薄，应用该硅钢片的电机涡流损耗越小，电机效率越高。进一步地，由现有技术可知，电机的动子结构的磁路由两部分构成，一部分是形成电机旋转磁场的有效磁通路径，另一部分是不形成电机旋转磁场的磁通闭合回路。动子外环结构11采用硅钢片制成，用于形成电机旋转磁场的有效磁通路径，硅钢片的高磁导率保证了动子结构有充足的磁通路径，进一步提高了电机效率。
动子内环结构12由磁导率低于第一硅钢片的金属制成时，动子内环结构12和动子外环结构11采用不同磁导率的材料制成，动子外环结构11的材料磁导率大于动子内环结构12的材料磁导率，材料的磁导率越高，材料的价格越高。由现有技术可知，如图2所示，电机的动子结构的磁路由A和B两部分构成，A部分是形成电机旋转磁场的有效磁通路径，B部分是不形成电机旋转磁场的磁通闭合回路。因此，不形成电机旋转磁场的磁通闭合路径的部分，不需要高磁通率的材料。本发明中，动子外环结构11应用磁通率高的第一硅钢片制成，形成电机磁场的有效磁通路径，动子内环结构12应用磁导率低的材料，不形成电机旋转磁场的磁通闭合通路。相对于现有技术中，动子主体10为一种材料构成而言，高磁通率的动子外环结构11确保了动子结构有充足的有效磁通路径，提高了电机的效率；动子内环结构12采用低磁通率的材料，降低了电机成本。因此，通过上述设置，既保证了电机具有高的电机效率，又降低了电机的制作成本。
当动子内环结构12由第二硅钢片制成时，第二硅钢片的厚度大于第一硅钢片的厚度，以上也就是说，动子外环结构11采用第一硅钢片制成，动子内环结构12采用第二硅钢片制成，第二硅钢片的厚度大于第一硅钢片的厚度。由现有技术可知，硅钢片的厚度越薄，硅钢片的价格越高。由于动子内环结构12不需要形成电机磁场的磁通闭合回路，因此对材料的涡流损耗要求不高，所以第二硅钢片的厚度不影响电机的效率。因此，动子内环结构12采用厚度大于0.25mm的第二硅钢片制成，不会影响电机效率，且相对于动子主体10均采用第一硅钢片制成而言，大大降低了制作成本。
优选地，本发明的实施例中，动子内环结构12由铝制成，动子外环结构11由第一硅钢片制成。第一硅钢片的磁导率高，用于形成电机旋转磁场的磁通闭合回路，且第一硅钢片薄，涡流损耗小，提高了电机效率；铝价格便宜，用于制作不需要形成磁通闭合回路的动子内环结构，降低了电机的制作成本。
具体地，磁通率对电机效率的影响分析如下：
F＝φR
F为电机磁动势，Ф为电机磁通，R为电机磁阻，L为磁路平均长度，S为磁路平均横截面积，μ为硅钢片材料磁导率。L和S与电机结构尺寸有关，F与磁钢性能有关。由公式可知，硅钢片的磁导率越高，磁阻越小，电机磁通越大，电机效率越高。
此外，硅钢片性能与厚度直接影响铁损的大小。铁损由磁滞损耗和涡流损耗两部分构成，计算公式如下：
Ph＝ChfBmnV
Pe＝Ce△2f2Bm2V
Ph为磁滞损耗，Pe为涡流损耗。Ch为磁滞损耗系数，取决于材料的性质，磁性能越好的硅钢片磁滞损耗越小。Ce反比于材料的电阻率，硅钢片电阻率越大，涡流损耗越小，△为硅钢片厚度，硅钢片越薄，涡流损耗越小。因此，由以上分析可知，由磁性能越好、电阻率越大且越薄的硅钢片构成的动子结构铁损越小，损耗越小电机效率越高。
例如，以定子铁芯的体积为1m3的电机为例，电机的额定频率为250Hz，最大磁感应强度B＝1.8T，Ce取1.5，当动子外环结构11采用不同厚度的硅钢片制成时，所对应的涡流损耗Pe见表1所示：
表1
由表1可看出，随着硅钢片厚度的增加，电机的涡流损耗明显增加。因此，动子外环结构11采用厚度为0.05mm至0.25mm的硅钢片，电机的涡流损耗较小，提高了电机效率。
进一步地，动子内环结构12占整个动子结构体积的大部分，所以，动子内环结构12采用低磁导率的材料价格便宜，降低了制作成本。
所以，通过上述设置，有效提高了电机的效率，降低了电机成本。
当然，动子内环结构12的材料不局限于铝，也可为磁导率较低、厚度较大的硅钢片或其他价格便宜的金属材料制成。
如图3和图5所示，本发明的实施例一中，动子外环结构11套设在动子内环结构12的外周，动子外环结构11与动子内环结构12之间间隙配合。
具体地，动子外环结构11与动子内环结构12套设在一起形成动子主体10，动子外环结构11与动子内环结构12间隙配合，相对于过盈配合来说，减小了动子结构的变形量。
如图3和图5所示，本发明的实施例一中，动子外环结构11和动子内环结构12之间粘接连接。
通过上述设置，连接方式简单，容易操作。当然，在本发明未给出的替代实施例中，动子外环结构11和动子内环结构12之间也可通过热合方式连接或者通过冷压方式或其他可替代的方式进行连接，只要能够保证将动子外环结构11和动子内环结构12连接在一起的方式，均在本发明的保护范围之内。
如图3和图4所示，本发明的实施例一中，动子外环结构11和动子内环结构12之间粘接连接时，动子内环结构12的外壁面上设有容胶槽121。
具体地，容胶槽121中填充有胶水，用于将动子外环结构11和动子内环结构12粘接在一起。上述设置方法简单，容易操作。
如图3和图4所示，本发明的实施例一中，动子结构包括多个容胶槽121，多个容胶槽121绕动子内环结构12的中心轴线间隔设置。
通过上述设置，增加了动子外环结构11和动子内环结构12之间的连接强度。
如图3和图5所示，本发明的实施例一中，动子内环结构12上设有多个减重槽122，多个减重槽122绕动子内环结构12的轴线间隔设置。
具体地，减重槽122设置在动子内环结构12的外周面上，减重槽122的深度方向由动子内环结构12的外周面向轴向所在的方向延伸，且在动子内环结构12的轴向方向上，减重槽122为贯通槽。
通过上述设置，动子内环结构12在保证其自身强度的基础上去除材料，减轻自身重量，从而减小了动子结构的惯量，进而减小了电机的重量和惯量。
具体地，在动子内环结构12的周向上，容胶槽121位于相邻两个减重槽122之间。
当然，在本发明未示出的替代实施例中，也可在动子内环结构12上设置减重孔，只要是能够在不影响动子内环结构12的自身强度的前提下，可以起到减轻自身重量的方式均在本发明的保护范围之内。
如图3和图5所示，本发明的实施例一中，动子外环结构11上设有多个用于安装永磁体40的安装槽组，多个安装槽组沿动子外环结构11的周向间隔设置。
具体地，在本发明的实施例中，采用的是永磁体40埋入型的电机动子结构，永磁体40埋入型电机动子结构比永磁体表贴型电机动子结构具有更高的可靠性。因此，动子外环结构11上设有多个用于安装永磁体40的安装槽组，且多个永磁体40在动子外环结构11的轴向上间隔设置，保证了该动子结构具有更高的可靠性。
优选地，本发明的实施例一中，安装槽组包括一个安装槽111。
当然了，在本发明未示出的替代实施例中，电机并不局限于永磁体埋入型的电机，其他结构的电机也可采用本申请的动子结构的制作方式。
如图3和图5所示，本发明的实施例一中，动子外环结构11和动子内环结构12分体设置。
具体地，在本发明的实施例一中，动子外环结构11和动子内环结构12分体设置，且分别采用不同材料制成，既保证了动子结构具有高的工作效率，又降低了动子结构的成本。当然了，在本发明未给出的替代实施例中，动子外环结构11和动子内环结构12也可以通过注塑成型工艺设为一体结构。
如图5所示，本发明还提供了一种电机。电机包括动子结构和设置在动子结构外周的定子结构，动子结构为前述的动子结构。
具体地，定子结构包括定子主体20和定子绕组21，动子内环结构12的轴向通孔30中穿设有转轴。动子结构、定子结构、转轴及设在动子结构中的永磁体40共同构成了电机。
实施例二
实施例二与实施例一的不同之处在于：如图6所示，本发明的实施例二中，当安装槽111为两个时，两个安装槽之间具有夹角，以使安装槽组呈V形结构。具体地，如图6所示，相邻的安装槽111之间间隔设置，V形结构的开口端朝向动子外环结构11的外边缘，V形结构的尖头端朝向动子内环结构12所在的一侧。
本实施例二的其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：动子结构包括动子主体，动子主体由动子内环结构和动子外环结构组成。动子内环结构设置在动子内环结构的外周，动子外环结构和动子内环结构采用磁导率不同的材料制成，且动子外环结构材料的磁导率大于动子内环结构材料的磁导率。由于材料的磁导率越高，材料的价格越高，且动子内环结构的体积占整个动子结构体积的大部分。因此，动子外环结构采用高磁导率的硅钢片制成，形成动子结构的有效磁通路径，且硅钢片的电阻率越大，磁性能越好，动子结构铁芯铁损越小，进而电机效率越高；动子内环结构采用磁导率较低的普通金属制成，如铝，动子内环结构不必形成电机旋转磁场的磁通闭合回路，因此低磁导率的材料对电机性能不会产生影响。进一步地，动子内环结构上设有减重槽，在保证动子内环结构强度的基础上进行材料去除，减轻了动子结构的自身重量，从而减轻了动子机构的转动惯量。综上所述，本发明的技术方案，节省了动子结构的制作成本，提高了电机效率，减轻了电机的重量，减小了电机的转动惯量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种动子结构，其特征在于，所述动子结构包括动子主体(10)，所述动子主体(10)包括：
动子内环结构(12)；
动子外环结构(11)，位于所述动子内环结构(12)的外周，所述动子内环结构(12)和所述动子外环结构(11)分体设置，其中，所述动子外环结构(11)由第一硅钢片制成，所述第一硅钢片的厚度大于等于0.05mm且小于等于0.25mm；
永磁体(40)，设置在所述动子外环结构(11)上。
2.根据权利要求1所述的动子结构，其特征在于，所述动子内环结构(12)由第二硅钢片制成，其中，所述第二硅钢片的厚度大于所述第一硅钢片的厚度，或者所述动子内环结构(12)由磁导率低于所述第一硅钢片的金属制成。
3.根据权利要求1所述的动子结构，其特征在于，所述动子外环结构(11)套设在所述动子内环结构(12)的外周，所述动子外环结构(11)与所述动子内环结构(12)之间间隙配合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的动子结构，其特征在于，所述动子外环结构(11)和所述动子内环结构(12)之间粘接连接或者通过热合方式连接或者通过冷压方式连接。
5.根据权利要求4所述的动子结构，其特征在于，所述动子外环结构(11)和所述动子内环结构(12)之间粘接连接时，所述动子内环结构(12)的外壁面上设有容胶槽(121)。
6.根据权利要求5所述的动子结构，其特征在于，所述动子结构包括多个所述容胶槽(121)，多个所述容胶槽(121)绕所述动子内环结构(12)的中心轴线间隔设置。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的动子结构，其特征在于，所述动子内环结构(12)上设有多个减重槽(122)或者多个减重孔，所述多个减重槽(122)或者所述多个减重孔绕所述动子内环结构(12)的轴线间隔设置。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的动子结构，其特征在于，所述动子外环结构(11)上设有多个用于安装所述永磁体(40)的安装槽组，多个所述安装槽组沿所述动子外环结构(11)的周向间隔设置。
9.根据权利要求8所述的动子结构，其特征在于，所述安装槽组包括一个或者多个安装槽(111)。
10.根据权利要求9所述的动子结构，其特征在于，当所述安装槽为两个时，两个所述安装槽之间具有夹角，以使所述安装槽组呈V形。
11.一种电机，包括动子结构和设置在所述动子结构外周的定子结构，其特征在于，所述动子结构为权利要求1至10中任一项所述的动子结构。
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2017
- 2017-12-20 CN CN201711410060.0A patent/CN108110926A/zh not_active Withdrawn
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