CN109347220A - 一种极低齿槽转矩的拼接式定子结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极低齿槽转矩的定子结构，其包括：定子外侧部分和定子内侧部分；所述定子外侧部分的内表面沿周向间隔设置有多个内齿；相邻所述内齿之间形成定子槽口；所述定子内侧部分固定设置在所述定子外侧部分的内部，用于使得所述定子槽口封闭。本发明将定子铁芯设计成拼接式结构；该结构既能将齿槽转矩降低到极低，又能避免无槽电机的不足，能满足不同输出转矩转速的性能要求。

Description

一种极低齿槽转矩的拼接式定子结构

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，具体涉及一种极低齿槽转矩的拼接式定子结构。

背景技术

目前国内外主要采用定子斜槽、转子斜极或定子齿开槽的方法削弱齿槽转矩；也有不少专家学者提出多种削弱齿槽转矩的方法，如：不等厚气隙法、不同极弧系数组合法、磁极开槽法、磁极分段法等。定子斜槽的方法在工程制作上会很麻烦，斜槽无法使用机器自动绕线，槽满率低，不适合量产。转子斜极的方法需要把磁钢做成特殊形状，需要将磁钢等间距粘贴在硅钢片上，很难制作，而且不方便充磁。工程上一般采用转子磁极分段方法代替斜槽和斜极。定子齿开槽的方法通过在定子齿部开虚槽来虚拟的改变定子的槽数，从而通过提高影响齿槽转矩的谐波次数削弱齿槽转矩；该方法需要综合设计槽口宽度、深度、槽形和槽数，较为麻烦，但能在一定程度上削弱齿槽转矩。不等厚气隙法、不同极弧系数组合法、磁极开槽法、磁极分段法等方法理论上能削弱齿槽转矩，但实际应用较少，而且实际应用较为繁琐。

德国Faulhaber公司和瑞士Maxon公司将定子设计成无槽结构，绕组贴在定子内壁，从而消除齿槽效应引起的齿槽转矩。其设计思路是利用齿槽转矩产生原理：永磁电机转子的磁极与定子齿槽的相对位置不同时，主磁路的磁导不一样，转子趋向定位于磁导最大的平衡位置，当偏离时有回复到该位置或趋于另一相邻的平衡位置的转矩，称为齿槽转矩。Maxon专利中所采用的无槽结构，定子绕组采用斜绕组，具有绕线工艺简单、精细的特点，这类电机统称为无铁芯电机。无铁芯电机主要应用于体积小、转速高、转矩小、精度高的设备中，但不适用于大转矩要求的设备中。

发明内容

本发明的目的是提供一种极低齿槽转矩的拼接式定子结构，能将齿槽转矩降低到极低(接近无槽状态)，又能避免无槽电机的不足(输出转矩小)，能满足不同输出转矩转速的性能要求。

为达到上述目的，本发明提供了一种极低齿槽转矩的定子结构，其包括：定子外侧部分和定子内侧部分；所述定子外侧部分的内表面沿周向间隔设置有多个内齿；相邻所述内齿之间形成定子槽口；所述定子内侧部分固定设置在所述定子外侧部分的内部，用于使得所述定子槽口封闭。

上述的极低齿槽转矩的定子结构，其中，所述定子外侧部分和定子内侧部分为环形结构。

上述的极低齿槽转矩的定子结构，其中，所述定子外侧部分和定子内侧部分通过焊接固定。

上述的极低齿槽转矩的定子结构，其中，所述定子外侧部分的外表面沿周向间隔设置有多个插入所述定子槽口内的凸起部分，用于避免所述定子外侧部分和所述定子内侧部分出现滑动。

上述的极低齿槽转矩的定子结构，其中，所述定子内侧部分的外表面设置有沿圆周均匀分布的三个凸起部分。

上述的极低齿槽转矩的定子结构，其中，所述定子外侧部分和定子内侧部分通过在所述拼接式定子结构两端面的所述凸起部分的两侧进行焊接固定。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所提供的拼接式定子结构与传统定子结构相比，拼接前槽口敞开，提高了绕线效率，大大提高了手动绕线或机器绕线的槽满率。

2、嵌线完毕后，两拼接件通过形状配合和过盈配合，再通过激光焊接，大大提高了定子结构强度和可靠性。

3、拼接件通过过盈配合衔接，拼接处缝隙极小，引起的磁导变化极小，不影响定子导磁性能，磁力线分布规整有序。与其它削弱齿槽转矩方法相比，不改变磁路磁力线分布，不影响磁密大小。

4、与定子斜槽、转子斜极、定子齿开槽等方法相比，加工工艺简单，装配简单，无需特殊的定位工装，无需开齿槽，大大降低了加工成本。

5、拼接式定子结构与常规削弱齿槽转矩的方法相比，大大降低的齿槽转矩，齿槽转矩接近无铁芯状态，又能克服无铁心电机输出转矩小的缺点，增加了适用范围。

6、通用性强，易于实施。可广泛应用于永磁电机和电励磁电机，根据不同结构尺寸调整定子内凸起数量，以适应不同定子尺寸。

附图说明

图1为本发明拼接式定子的结构示意图；

图2为本发明拼接式定子的组装过程示意图；

图3为传统定子磁路磁力线分布图；

图4为本发明拼接式定子磁路磁力线分布图；

图5为传统定子与拼接式定子齿槽转矩波动图。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。

如图1和图2所示，本发明所提供的一种极低齿槽转矩的定子结构包括：环形结构的定子外侧部分1和环形结构的定子内侧部分2；所述定子外侧部分1的内表面沿周向间隔设置有多个内齿11；相邻所述内齿11之间形成定子槽口12；所述定子内侧部分2固定设置在所述定子外侧部分1的内部，用于使得所述定子槽口12封闭。所述定子外侧部分1的外表面沿周向间隔设置有多个插入所述定子槽口12内的凸起部分21，用于避免所述定子外侧部分1和所述定子内侧部分2出现滑动。

在一实施例中，如图1所示，拼接式定子结构由定子外侧部分1和定子内侧部分2两部分拼接而成，定子外侧部分1和定子内侧部分2通过形状配合。将定子外侧部分1设计成敞口结构，口径大方便绕组嵌线，定子齿设计成平行齿、无齿靴，结构简单降低了加工成本。定子内侧部分2设计成带有凸起部分21，三个凸起部分21呈均匀分布，使得三相电机运行更加平稳；凸起部分21主要用于与定子外侧部分1相互配合，为避免定子外侧部分1和定子内侧部分2出现轴向滑动，需在定子两端面的凸起部分21两侧进行激光焊接，可提高定子拼接处结构强度。

定子组装过程如图2所示，首先，将冲压好的定子外侧部分1、定子内侧部分2冲片分别叠压焊接而成，形成独立的整体；其次，将两独立的整体通过凸起部分21配合；最后，在组装后的定子两端面凸起部分21两侧边进行激光焊接，加固两拼接件轴向配合强度。电机的转子、机壳等结构件按常规方式生产加工。拼接式定子结构使得定子槽口12封闭，转子旋转过程中永磁体和定子铁芯之间相对转动，引起主磁路磁导变化很小，磁场能量分配变化很小，从而大大降低了齿槽转矩。

如图3和图4所示，磁力线穿过拼接缝隙时磁力线未发生曲折等变化，整个磁路分布规整有序，单位宽度内的磁力线数量相等，磁力线密度大小不受影响，因此拼接式定子结构不影响电机输出力矩的大小。

如图5可知，在保持同样形状、结构尺寸、材料等前提下，仅改变定子拼接处结构，拼接式定子结构大大降低了齿槽转矩。在同等电机参数前提下，传统定子结构电机齿槽转矩最大值为216.3mN.m，拼接式定子结构电机齿槽转矩最大值为7.8mN.m，充分证明了拼接式定子结构能大大降低齿槽转矩。

本发明的设计原理：基于无铁芯电机原理，无齿槽从而无齿槽转矩；所以尽量减小定子齿、槽变化，通过拼接方式将定子槽口12封闭；从而实现同样电机参数下的极低齿槽转矩。

综上所述，本发明将定子铁芯设计成拼接式结构；该结构既能将齿槽转矩降低到极低(接近无槽状态)，又能避免无槽电机的不足(输出转矩小)，能满足不同输出转矩转速的性能要求。本发明提供了一种结构简单、低成本、高可靠、极低齿槽转矩的拼接式定子。该拼接式定子使定子槽口宽度为0，能大幅度降低齿槽转矩；拼接处磁导变化很小，不影响磁路磁力线的分布。不仅能提高手动绕线和机器绕线的槽满率，而且能有效降低齿槽转矩、提高结构可靠性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种极低齿槽转矩的拼接式定子结构，其特征在于，包括：定子外侧部分和定子内侧部分；所述定子外侧部分的内表面沿周向间隔设置有多个内齿；相邻所述内齿之间形成定子槽口；所述定子内侧部分固定设置在所述定子外侧部分的内部，用于使得所述定子槽口封闭。

2.如权利要求1所述的极低齿槽转矩的拼接式定子结构，其特征在于，所述定子外侧部分和定子内侧部分为环形结构。

3.如权利要求1所述的极低齿槽转矩的拼接式定子结构，其特征在于，所述定子外侧部分和定子内侧部分通过焊接固定。

4.如权利要求1所述的极低齿槽转矩的拼接式定子结构，其特征在于，所述定子外侧部分的外表面沿周向间隔设置有多个插入所述定子槽口内的凸起部分，用于避免所述定子外侧部分和所述定子内侧部分出现滑动。

5.如权利要求4所述的极低齿槽转矩的拼接式定子结构，其特征在于，所述定子内侧部分的外表面设置有沿圆周均匀分布的三个凸起部分。

6.如权利要求4所述的极低齿槽转矩的拼接式定子结构，其特征在于，所述定子外侧部分和定子内侧部分通过在所述拼接式定子结构两端面的所述凸起部分的两侧进行焊接固定。