CN1089200C - 电动机定子的矽钢片 - Google Patents

Abstract

一种电动机定子的矽钢片，呈齿轮状，齿轮的圆环上突伸有均匀分布的凸齿，各凸齿顶部的凸齿弧边的两侧形成圆弧状凸齿侧边，凸齿侧边的两端点分别位于与形成凸齿弧边的凸齿弧边预设圆相切的一凸齿侧边预设圆的圆周上；凸齿弧边预设圆是以矽钢片的圆心为圆心，以凸齿顶点到矽钢片圆心的距离为半径的圆；凸齿侧边为介于凸齿弧边预设圆及凸齿侧边的端点之间的凸齿侧边预设圆的圆周线，凸齿侧边的曲率半径R符合公式:

Description

电动机定子的矽钢片

本发明有关于一种电动机定子，特别涉及一种电动机定子的矽钢片，主要是利用不同的凸齿极面的改动，有效降低齿槽效应，减少电动机的顿力与振动。

一般而言，目前市面上常见的电动机定子，各种矽钢片的槽数比(槽数与极数之比)大都类似，今以九槽定子矽钢片为例，加以说明。

请参阅图1，图1为现有电动机定子矽钢片的平面示意图。如图所示，电动机定子的矽钢片为齿轮状，在图1中标示的凸齿1的极面两侧边11处并没有做任何修饰，而由于图1所示凸齿1的极面两侧边11的形状，于转子转动时，在不同的凸齿间会产生齿槽效应，齿槽效应使电动机产生顿力矩。此种顿力矩将造成电动机转子于运转时会有顿力停顿的不平衡运转现象发生，进而使电动机运转中发生振动现象。更甚者，当电动机操作在高频环境时，所述的顿力停顿与振动现象将更加严重，可使得电动机的稳定性大大降低。

为解决上述齿槽效应引起的问题，现有技术中大多是以充磁方式解决。充磁方式，是将磁石的表面磁通密度设计成正弦曲线形式，以产生较圆滑的磁力线区域，即可进一步减少齿槽效应。

但是，采用直接充磁方式，无法将齿槽效应降至近于消除的程度，并且于实际充磁作业中，充磁作业并非容易控制，只要有一点差别，即可能产生极大的顿力，反而使齿槽效应更加恶化。所以采用充磁方式降低齿槽效应的方式，有待改善。

本发明的主要目的在于提供一种使电动机运转平稳的定子矽钢片。使用这种矽钢片的电动机在运转时，不会产生顿力现象，使电动机运转更为平衡与顺畅。

本发明的另一目的在于所提供一种形状加以改进的电动机定子的矽钢片，以使电动机运转更为稳定。

为了达到上述目的，本发明采取如下方案：

本发明的电动机定子的矽钢片，主要是改变凸齿极面两侧边的弧度，即改变其曲率半径，两侧弧度的形状是以如下方式确定，具体作法是以一凸齿侧边端点为圆周边的一点，绘制一凸齿侧边预设圆，且该凸齿侧边预设圆是与一凸齿预设弧边相切。

该凸齿侧边预设圆为介于凸齿侧边端点与凸齿预设弧边之间的圆周线。所以利用凸齿侧边与凸齿预设弧边的组合，即形成本发明的电动机定子矽钢片的凸齿形状。

本发明的电动机定子的矽钢片，呈齿轮状，自齿轮的圆环上突伸有均匀分布的凸齿，其特征在于，各凸齿顶部的凸齿弧边的两侧形成圆弧状的凸齿侧边，凸齿侧边的两端点分别位于与形成凸齿弧边的凸齿弧边预设圆相切的一凸齿侧边预设圆的圆周上；凸齿弧边预设圆是以矽钢片的圆心为圆心，以凸齿顶点到矽钢片圆心的距离为半径的圆；凸齿侧边由介于凸齿弧边预设圆及凸齿侧边的端点之间的凸齿侧边预设圆的圆周线形成。

所述的电动机定子的矽钢片，其特征在于，所述凸齿侧边的曲率半径R应符合下述公式所示范围： $\frac{b^2-2\mathrm{ab}+{(a-b)}^2{\tan }^2\frac{\mathrm{\α}}{2}}{2[(a-b)\tan \frac{\mathrm{\α}}{2}-a]}\≤R\≤\frac{b^2+{(a-b)}^2{\tan }^2\frac{\mathrm{\α}}{2}}{2b}$

所述的电动机定子的矽钢片，其特征在于，所述电动机的槽数与极数比为3∶4。

与现有技术相比，本发明的效果如下：

本发明的电动机定子，由于对定子矽钢片形状的修改，使利用本发明的定子矽钢片制成的电动机具有较低的顿力矩，可减少齿槽效应与电动机振动现象，使电动机运转更为平衡与顺畅，因此，可提高电动机的性能，并能延长电动机的使用寿命。

结合附图及实施例对本发明的矽钢片的特征详细说明如下：

附图简要说明：

图1：为现有电动机定子矽钢片的平面示意图；

图2：为本发明第一实施例电动机定子矽钢片的平面示意图；

图3：为本发明第一实施例的矽钢片的凸齿侧边的弧度改变方法的示意图；

图4：为本发明第二实施例电动机定子矽钢片的平面示意图；

图5：为本发明实施例具有不同弧度的矽钢片凸齿的侧边弧度与顿力矩的关系示意图。

图6：为本发明实施例具有不同弧度的矽钢片凸齿的电动机输出与扭力的关系示意图。

本发明的电动机定子矽钢片，主要是利用矽钢片凸齿弧角的改进，即改进凸齿极面两侧边的弧度形状，达到减少齿槽效应，以降低电动机运转时的振动现象。

如图2所示，其为本发明第一实施例电动机定子矽钢片的平面示意图，本实施例的电动机定子矽钢片是以9槽定子矽钢片作简单说明，即该定子矽钢片具有9个凸齿2，每一凸齿2的极面两侧边21形成弧型侧边，其中，角度α°为各凸齿2的夹角，轴距a为凸齿2顶端到电动机定子矽钢片的圆心点的距离；厚度b，是指凸齿2所突出部份的截距。

图2中，凸齿22极面的两侧边21，所形成的弧度为本发明的重点，决定最佳弧度的方法以下加以详细说明：

如图3所示，图3为本发明第一实施例中凸齿侧边的弧度的制图方法示意图。其中：矽钢片凸齿的预设弧边20与转子预设圆弧10呈同心圆，凸齿预设弧边20即为电动机凸齿2部分的顶部边缘，凸齿2两侧边为本发明重点的凸齿侧边21，凸齿侧边21的弧度，由下述方法决定。

凸齿2左右两端的下端点为凸齿侧边端点22，首先绘制一预设圆24，使凸齿侧边预设圆24与凸齿预设弧边20相切，并使凸齿侧边端点22为预设圆24圆周上的一点，位于预设弧边20与侧边端点22之间的预设圆24的圆周线部分即为所述的凸齿侧边21，所以凸齿侧边预设圆24的曲率即是凸齿侧边的曲率，也即为凸齿侧边21的弧度。此种关系可以下述公式表示： $R\min =\frac{b^2-2\mathrm{ab}+{(a-b)}^2{\tan }^2\frac{\mathrm{\α}}{2}}{2[(a-b)\tan \frac{\mathrm{\α}}{2}-a]}\≤R\≤\frac{b^2+{(a-b)}^2{\tan }^2\frac{\mathrm{\α}}{2}}{2b}=R\max ........\left(1\right)$

上述公式1中，R代表修饰参数(即曲率半径)，Rmin代表最小修饰参数，Rmax代表最大修饰参数。由公式1可知凸齿侧边修饰参数R与凸齿夹角α、轴距a以及凸齿截距b成比例关系，亦即由凸齿夹角α、轴矩a以及凸齿截距b等参数值即可决定R值，本实施例1中的R值取最小值。

此外，最小修饰参数Rmin的另一含义，是于绘制凸齿侧边预设圆24时，代表可绘制出最小的圆周所形成的凸齿侧边21的弧度。另外，最大修饰参数Rmax则代表凸齿侧边预设圆24为最大的状况。只要满足修饰参数R的修角弧度，即能有效降低顿力矩，关于此点，本发明人已有实际经验，以针对不同的凸齿侧边21弧度所产生的顿力矩相比较，如图5所示。

请参阅图5，图5为本发明实施例中修饰不同弧度条件下所达到的有效降低顿力矩的示意图。其中纵座标Tc为顿力矩，而图5中，介于最小修饰参数rmin与最大修饰参数Rmax之间，可取多个取样点作为参考比较，图5中取四种不同的凸齿侧边21的弧度作参考比较。图5所示的结果显示出不同的弧度下，电动机所产生的顿力矩Tc大致上相等，其并无多大改变，亦即只要按照公式1所得出的凸齿侧边21的弧度，皆能有效降低顿力矩而减少齿槽效应，使电动机的运转更为平衡与顺畅。

根据公式1的条件，本发明另提出电动机定子矽钢片的第二实施例，如图4所示，图4为本发明电动机定子矽钢片的第二实施例的平面示意图。同样以9槽为例加以说明，即有9个凸齿3的情况，凸齿3的极面两侧边31的弧度，同样以图3所述的绘制圆弧方式而加以改变，并且所作的修饰参数R满足公式1，第二实施例是取该凸齿侧边预设圆24为最大圆周的状况。

然而，将第一实施例与第二实施例的电动机运转功效作比较，以下对电动机在相同操作电流下的输出扭力作一比较，请参阅图6，图6为本发明实施例中修饰成不同弧度的条件下电动机所输出扭力的关系图表。其中，纵座标Tout表示输出扭力，同样，于最小修饰参数Rmin与最大修饰参数Rmax之间，可取数个取样点。而由图6可明显看出，当修饰参数R愈小时(即为最小修饰参数Rmin时)则输出扭力Tout愈大，所以取最小修饰参数Rmin与最大修饰参数Rmax两种结果所达到的电动机的输出扭力，显然，取最小修饰参数Rmin时的电动机输出扭力比最大修饰参数Rmax时为佳。综上所述，取最小修饰参数Rmin降低顿力矩的效果最好，但以电动机输出的扭力比较，最小修饰参数Rmin优于最大修饰参数Rmax，所以本发明上述的第一实施例为较佳实施例。

经由图5与图6的比较说明，电动机设计中我们可以得出欲降低顿力矩且拥有较大的扭力输出即有一最佳修饰参数R值，如下述公式2，即为最佳修饰参数R值： $R=R\min =\frac{b^2-2\mathrm{ab}+{(a-b)}^2{\tan }^2\frac{\mathrm{\α}}{2}}{2[(a-b)\tan \frac{\mathrm{\α}}{2}-a]}.........\left(2\right)$

另一方面，针对凸齿夹角α，于本发明的实施例中，可选择不同的凸齿角α的范围，而能够达到较佳的电动机输出扭出Tout，并且亦可经由选择不同的凸齿夹角的范围，进而产生较佳的电动机转速。因此，则使用者可适当选择凸齿夹角α，即可使得电动机拥有较大的输出扭力与转速。

经由图5至图6比较图表结果，我们可获得一电动机定子的较佳实施例，即凸齿侧边21的弧度以最小的修饰参数R为较佳选择。利用这种关系我们亦可获得电动机的较佳槽极比是为3∶4。

Claims (4)

1、一种电动机定子的矽钢片，呈齿轮状，自齿轮的圆环上突伸有均匀分布的凸齿，其特征在于，各凸齿顶部的凸齿弧边的两侧形成圆弧状的凸齿侧边，凸齿侧边的两端点分别位于与形成凸齿弧边的凸齿弧边预设圆相切的一凸齿侧边预设圆的圆周上；凸齿弧边预设圆是以矽钢片的圆心为圆心，以凸齿顶点到矽钢片圆心的距离为半径的圆；凸齿侧边由介于凸齿弧边预设圆及凸齿侧边的端点之间的凸齿侧边预设圆的圆周线形成。

2、根据权利要求1所述的电动机定子的矽钢片，其特征在于，所述凸齿侧边的曲率半径R应符合下述公式所示范围： $\frac{b^2-2\mathrm{ab}+{(a-b)}^2{\tan }^2\frac{\mathrm{\α}}{2}}{2[(a-b)\tan \frac{\mathrm{\α}}{2}-a]}\≤R\≤\frac{b^2+{(a-b)}^2{\tan }^2\frac{\mathrm{\α}}{2}}{2b}$

3、根据权利要求1所述的电动机定子的矽钢片，其特征在于，所述电动机的槽数与极数比为3∶4。

4、根据权利要求2所述的电动机定子的矽钢片，其特征在于，所述凸齿侧边的曲率半径R符合下述公式： $R=\frac{b^2-2\mathrm{ab}+{(a-b)}^2{\tan }^2\frac{\mathrm{\α}}{2}}{2[(a-b)\tan \frac{\mathrm{\α}}{2}-a]}$

Images