CN109450127A - 一种电机定子和轴向磁场电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电机定子和轴向磁场电机。该电机定子包括第一圆环支架、第二圆环支架和多个软磁性复合材料SMC铁芯；第一圆环支架和第二圆环支架平行且相对设置，多个SMC铁芯固定于第一圆环支架和第二圆环支架之间。本发明提供的技术方案采用的多个SMC铁芯可分别单独使用绕线机绕线，降低绕线难度，提高绕线效率；同时，通过相对设置的第一圆环支架和第二圆环支架固定多个SMC铁芯，可确保铁芯的刚度以增强电机定子的整体刚度，减小铁芯变形的几率；此外，SMC铁芯不需要定子轭部，在减轻电机整体重量的同时可缩短电机轴向长度。

Description

一种电机定子和轴向磁场电机

技术领域

本发明实施例涉及电机领域，尤其涉及一种电机定子和轴向磁场电机。

背景技术

轴向磁场电机是主磁场沿电机转轴方向的电机，其定子与转子为圆盘状并以电机转轴为中心轴。定子和转子上设有线槽，嵌设在线槽中的电磁线通电后产生旋转磁场带动转子运转。

通常，轴向磁场电机的定子铁芯采用传统的硅钢片材料，但是采用硅钢片材料制成定子铁芯，会存在绕线困难、铁芯易发生形变以及电机整体重量较重的问题。

发明内容

本发明提供一种电机定子和轴向磁场电机，以降低绕线难度、增强铁芯刚度以及减轻电机整体重量。

第一方面，本发明实施例提供一种电机定子，该电机定子包括：第一圆环支架、第二圆环支架和多个软磁性复合材料SMC铁芯；

所述第一圆环支架和所述第二圆环支架平行且相对设置，所述多个SMC铁芯固定于所述第一圆环支架和所述第二圆环支架之间。

进一步地，所述第一圆环支架包括多个第一开口，所述第二圆环支架包括多个第二开口；

多个所述第一开口与多个所述第二开口一一对应且相对设置，且一一对应好且相对设置的所述第一开口和所述第二开口嵌合固定所述SMC铁芯。

进一步地，多个所述第一开口在所述第一圆环支架所在的平面内呈中心对称且呈辐射状排列；多个所述第二开口在所述第二圆环支架所在的平面内呈中心对称且辐射状排列。

进一步地，所述SMC铁芯包括第一底面、第二底面和侧面，所述侧面垂直于所述第一圆环支架所在的平面，所述第一底面和所述第二底面相对设置，且均平行于所述第一圆环支架所在的平面；还包括绕组，所述绕组围绕所述SMC铁芯的所述侧面设置；

所述第一底面一侧形成第一台状凸起，所述SMC铁芯通过所述第一台状凸起与所述第一开口嵌合；

所述第二底面一侧形成第二台状凸起，所述SMC铁芯通过所述第二台状凸起与所述第二开口嵌合。

进一步地，所述第一台状凸起的厚度小于或等于所述第一圆环支架的厚度，所述第二台状凸起的厚度小于或等于所述第二圆环支架的厚度。

进一步地，所述第一圆环支架和所述第二圆环支架分别为绝缘圆环支架。

进一步地，该电机定子还包括一圆环柱出线支架，所述圆环柱出线支架的一端与所述第一圆环支架的内边缘固定连接，所述圆环柱出线支架的另一端与所述第二圆环支架的内边缘固定连接；

所述圆环柱出线支架用于将所述绕组的出线端引出。

进一步地，该电机定子还包括立柱；

所述第一圆环支架还包括多个第三开口，所述第二圆环支架还包括多个第四开口；

多个所述第三开口与多个所述第四开口一一对应且相对设置；

所述立柱通过一一对应好且相对设置的所述第三开口和所述第四开口将所述第一圆环支架和所述第二圆环支架固定。

第二方面，本发明实施例还提供一种轴向磁场电机，该轴向磁场电机包括：第一方面提供的任一种电机定子，还包括电机转子；

所述电机定子与所述电机转子同轴设置。

本发明实施例提供的电机定子通过设置第一圆环支架、第二圆环支架和多个软磁性复合材料SMC铁芯；第一圆环支架和第二圆环支架平行且相对设置，多个SMC铁芯固定于第一圆环支架和第二圆环支架之间，可利用多个SMC铁芯可分别单独使用绕线机绕线，降低绕线难度，提高绕线效率；同时，通过相对设置的第一圆环支架和第二圆环支架固定多个SMC铁芯，可确保铁芯的刚度以增强电机定子的整体刚度，减小铁芯变形的几率；此外，SMC铁芯不需要定子轭部，在减轻电机整体重量的同时可缩短电机轴向长度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电机定子的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的SMC铁芯的立体结构示意图；

图3是本发明实施例提供的SMC铁芯沿电机定子径向的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种电机定子的立体结构示意图。参照图1，该电机定子10包括：第一圆环支架101、第二圆环支架102和多个软磁性复合材料(soft magneticcomposite)SMC铁芯103；第一圆环支架101和第二圆环支架102平行且相对设置，多个SMC铁芯103固定于第一圆环支架101和第二圆环支架102之间。

其中，第一圆环支架101和第二圆环支架102用于支撑并固定SMC铁芯103，可确保SMC铁芯103的刚度以增强电机定子10的整体刚度，有利于减小SMC铁芯103变形的几率，从而利于延长电机定子10以及整个电机的使用寿命。

其中，软磁性复合材料是由软磁性铁氧体和高聚物基体复合而成的具有软磁性功能的复合材料，也可简单理解为由绝缘层包覆铁粉形成。采用SMC铁芯103形成的电机中，由于SMC材料为采用各向同性的绝缘材料压制而成，由此，相对于硅钢片绕制形成的定子铁芯(也可理解为电机铁芯)仅降低了一个维度的涡流损耗而言，由SMC材料形成的定子铁芯可降低轴向和径向两个维度的涡流损耗，即损耗减小；示例性的，电机铁芯的涡流损耗比采用硅钢片制作的定子铁芯的涡流损耗小一个数量级。同时，SMC铁芯具有三维磁路，因此有利于提高电机的频率稳定性以及有利于扩宽电机的使用频率范围。

其中，多个SMC铁芯103分立设置，由此，利用多个SMC铁芯103可分别单独使用绕线机绕线的特点同时绕制很多歌SMC铁芯103，利于降低绕线难度，提高绕线效率。

此外，采用SMC铁芯103形成电机定子10，不需要定子轭部，在减轻电机整体重量的同时可缩短电机轴向长度。

需要说明的是，图1中仅示例性的示出了SMC铁芯103的数量为24个，但并非对本发明实施例提供的电机定子10中SMC铁芯103的数量的限定。在其他实施方式中，可根据电机定子10以及电机整体的实际需求，设置SMC铁芯103的数量，本发明实施例对此不作限定。

可选的，继续参照图1，第一圆环支架101包括多个第一开口1011，第二圆环支架102包括多个第二开口(图1中未示出)；多个第一开口1011与多个第二开口一一对应且相对设置，且一一对应好且相对设置的第一开口1011和第二开口嵌合固定SMC铁芯103。

如此，利用第一开口1011和第二开口嵌合固定SMC铁芯103，可提高电机定子10的整体稳固性，从而可降低SMC铁芯103发生形变的可能性，利于延长电机定子10以及电机整体的使用寿命。

需要说明的是，图1中仅示例性的示出了第一圆环支架101包括的第一开口1011的数量为24个，等于SMC铁芯103的数量，但并非对本发明实施例提供的电机定子10的限定。在其他实施方式中，可根据电机定子10的实际需求，设置第一开口1011和第二开口的数量，该数量可恰好等于SMC铁芯103的数量，也可大于SMC铁芯103的数量(可理解为部分第一开口和第二开口留作备用开口)，本发明实施例对此不作限定。

可选的，继续参照图1，第一开口1011和第二开口的形状均为圆角三角形。

如此设置，便于在圆环状的第一圆环支架101中将第一开口1011呈辐射状排列，以及便于在圆环状的第二圆环支架102中将第二开口呈辐射状排列。

需要说明的是，圆角三角形的角度可根据电机定子10的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。

其次，需要说明的是，第一开口1011和第二开口的形状与SMC铁芯103的台状凸起(包括下文中的第一台状凸起1035和第二台状凸起1036)的形状相适应，还可为本领域技术人员可知的其他形状，例如圆角扇形或多边形，本发明实施例对此不作限定。

可选的，继续参照图1，多个第一开口1011在第一圆环支架101所在的平面内呈中心对称且呈辐射状排列；多个第二开口在第二圆环支架102所在的平面内呈中心对称且辐射状排列。

如此设置，可充分利用第一圆环支架101与第二圆环支架102中的空间来布设SMC铁芯103，有利于形成具有较大的驱动力的电机；同时，中心对称的设计方式，利于实现电机中的磁场以转轴为中心呈现中心对称的分布方式，从而利于电机平稳运转。

可选的，图2是本发明实施例提供的SMC铁芯的立体结构示意图，图3是本发明实施例提供的SMC铁芯沿电机定子径向(即垂直于转轴的方向)的剖面结构示意图。结合图2和图3，SMC铁芯103包括第一底面1031、第二底面1032和侧面1033，侧面1033垂直于第一圆环支架101所在的平面，第一底面1031和第二底面1032相对设置，且均平行于第一圆环支架101所在的平面；还包括绕组103R，绕组103R围绕SMC铁芯103的侧面1033设置；第一底面1031一侧形成第一台状凸起1035，SMC铁芯103通过第一台状凸起1035与第一开口1011嵌合；第二底面1032一侧形成第二台状凸起1036，SMC铁芯103通过第二台状凸起1036与第二开口嵌合。

其中，绕组103R为绕制在SMC铁芯103的侧面1033，且具有预设线径的导线(示例性的，可为漆包线)。这里的“预设线径”理解为导线的线径，可根据电机运转需求设置，示例性的，某12寸轮毂电机需求扭矩为400Nm，可使用直径2.2mm的漆包线绕制在SMC铁芯上。当所需电机驱动力较小时，“预设线径”可较小；当所需电机驱动力较大时，“预设线径”可较大；此外，导线可为单股或多股，该“预设线径”可指绝缘线线径，本发明实施例对此均不作限定。

其中，通过第一台状凸起1035与第一开口1011嵌合，第二台状凸起1036与第二开口嵌合，铁芯103固定于第一圆环支架101和第二圆环支架102之间，该固定方式(或者理解为电机定子10的安装结构)使得SMC铁芯103与第一圆环支架101以及第二圆环支架102在径向上的相对位置不易发生变化，从而有利于提高电机定子10的整体稳固性。

需要说明的是，图3中仅示例性的示出了第一台状凸起1035包括两极台阶结构，第二台状凸起1036包括两极台阶结构，但并非对本发明实施例提供的电机定子10中的SMC铁芯103的第一台状凸起1035和第二台状凸起1036的限定。在其他实施方式中，可根据电机定子10以及SMC铁芯103的实际需求，设置第一台状凸起1035和第二台状凸起1036的形状，本发明实施例对此不作限定。

可选的，第一台状凸起1035的厚度小于或等于第一圆环支架101的厚度，第二台状凸起1036的厚度小于或等于第二圆环支架102的厚度。

如此设置，可使SMC铁芯103不超出第一圆环支架101和第二圆环支架102的外侧表面所限定的空间；且若第一台状凸起1035的厚度等于第一圆环支架101的厚度，第二台状凸起1036的厚度等于第二圆环支架102的厚度，则可将电机定子10整体看作一个底面平整同时顶面平整的圆环柱，从而有利于降低电机定子10以及电机整体的设计难度以及制作难度。

需要说明的是，SMC铁芯103上的第一台状凸起1035和第二台状凸起1036是为了使SMC铁芯103可靠地嵌入第一圆环支架101和第二圆环支架102的凹槽(分别指第一开口1011和第二开口)里面；第一台状凸起1035的厚度与第二台状凸起1036的厚度的具体数值可根据电机定子10以及电机整体的实际需求设置，本发明实施例对此不作限定。

可选的，第一圆环支架101和第二圆环支架102分别为绝缘圆环支架。

如此设置，可使第一圆环支架101和第二圆环支架102不影响电机定子10内的整体磁场分布，从而利于确保电机定子10中的磁场稳定性。

可选的，继续参照图1，该电机定子10还包括一圆环柱出线支架104，圆环柱出线支架104的一端与第一圆环支架101的内边缘固定连接，圆环柱出线支架104的另一端与第二圆环支架102的内边缘固定连接；圆环柱出线支架104用于将绕组103R的出线端引出。

如此设置，还可利用圆环柱出线支架104加固电机定子10的结构，是电机定子10整体稳固性较高。

示例性的，圆环柱出线支架104可通过螺钉与第一圆环支架101的内边缘以及第二圆环支架102的内边缘紧固连接。当然，还可根据电机定子10的实际需求，采用本领域技术人员可知的其他固定连接方式，将圆环柱出线支架104与第一圆环支架101的内边缘以及第二圆环支架102的内边缘固定连接，本发明实施例对此不作限定。

可选的，继续参照图1，该电机定子10还包括立柱105；第一圆环支架101还包括多个第三开口1013，第二圆环支架102还包括多个第四开口(图1中未示出)；多个第三开口1013与多个第四开口一一对应且相对设置；立柱105通过一一对应好且相对设置的第三开口1013和第四开口将第一圆环支架101和第二圆环支架102固定。

如此设置，通过立柱105结合第一圆环支架101、第二圆环支架102和圆环柱出线支架104使电机定子10整体稳固性较高，从而整个电机定子10抵抗形变的能力较强，即具有足够的刚度，进而电机定子10中的SMC铁芯不易受力变形，由于SMC铁芯103的尺寸决定了电机的气隙尺寸，从而电机的气隙尺寸易于控制。

具体的，轴向磁场电机运转时受到很强的轴向力作用，如果定子铁芯刚度不够，该轴向力可使定子铁芯产生很大的形变量，从而导致电机的气隙尺寸减小，甚至定子铁芯吸附到转子上，此时，电机无法继续旋转。也就是说，轴向磁场电机的定子铁芯的刚度越大，其气隙尺寸就相对更容易保证，即气隙尺寸不易发生变化。采用上述实施方式，定子铁芯可以看作一个整体，保证了其本身具有足够的刚度，由此在受到轴向力时，其形变量较小，可控制在一定的范围之内，对电机性能的影响较小。

需要说明的是，立柱105可通过螺钉与第一圆环支架101以及第二圆环支架102固定。当然，还可根据电机定子10的实际需求，采用本领域技术人员可知的其他固定连接方式，将立柱105与第一圆环支架101以及第二圆环支架102固定，本发明实施例对此不作限定。

在上述实施方式的基础上，本发明实施例还提供一种轴向磁场电机，该轴向磁场电机包括上述实施方式提供的任一种电机定子，因此该轴向磁场电机也具有上述实施方式提供的电机定子所具有的有益效果，未详尽解释之处可参照上文的说明进行理解，下文中不再赘述。

其中，该轴向磁场电机还包括电机转子；电机定子与电机转子同轴设置。

示例性的，该轴向磁场电机可为轴向磁场永磁同步电机。

示例性的，该轴向磁场电机可为单定子双转子轴向磁场电机。

需要说明的是，该轴向磁场电机还可包括本领域技术人员可知的其他组成部件，该轴向磁场电机还可为本领域技术人员可知的其他类型的轴向磁场电机，可采用本领域技术人员可知的任一轴向磁场电机的工作原理运转，本发明实施例对此不再赘述，也不作限定。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、任意组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种电机定子，其特征在于，包括：第一圆环支架、第二圆环支架和多个软磁性复合材料SMC铁芯；

所述第一圆环支架和所述第二圆环支架平行且相对设置，所述多个SMC铁芯固定于所述第一圆环支架和所述第二圆环支架之间。

2.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，所述第一圆环支架包括多个第一开口，所述第二圆环支架包括多个第二开口；

多个所述第一开口与多个所述第二开口一一对应且相对设置，且一一对应好且相对设置的所述第一开口和所述第二开口嵌合固定所述SMC铁芯。

3.根据权利要求2所述的电机定子，其特征在于，多个所述第一开口在所述第一圆环支架所在的平面内呈中心对称且呈辐射状排列；多个所述第二开口在所述第二圆环支架所在的平面内呈中心对称且辐射状排列。

4.根据权利要求2所述的电机定子，其特征在于，所述SMC铁芯包括第一底面、第二底面和侧面，所述侧面垂直于所述第一圆环支架所在的平面，所述第一底面和所述第二底面相对设置，且均平行于所述第一圆环支架所在的平面；还包括绕组，所述绕组围绕所述SMC铁芯的所述侧面设置；

所述第一底面一侧形成第一台状凸起，所述SMC铁芯通过所述第一台状凸起与所述第一开口嵌合；

所述第二底面一侧形成第二台状凸起，所述SMC铁芯通过所述第二台状凸起与所述第二开口嵌合。

5.根据权利要求4所述的电机定子，其特征在于，所述第一台状凸起的厚度小于或等于所述第一圆环支架的厚度，所述第二台状凸起的厚度小于或等于所述第二圆环支架的厚度。

6.根据权利要求4所述的电机定子，其特征在于，所述第一圆环支架和所述第二圆环支架分别为绝缘圆环支架。

7.根据权利要求6所述的电机定子，其特征在于，还包括一圆环柱出线支架，所述圆环柱出线支架的一端与所述第一圆环支架的内边缘固定连接，所述圆环柱出线支架的另一端与所述第二圆环支架的内边缘固定连接；

所述圆环柱出线支架用于将所述绕组的出线端引出。

8.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，还包括立柱；

所述第一圆环支架还包括多个第三开口，所述第二圆环支架还包括多个第四开口；

多个所述第三开口与多个所述第四开口一一对应且相对设置；

所述立柱通过一一对应好且相对设置的所述第三开口和所述第四开口将所述第一圆环支架和所述第二圆环支架固定。

9.一种轴向磁场电机，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的电机定子，还包括电机转子；

所述电机定子与所述电机转子同轴设置。