CN109494894A - 一种用于盘式电机的定子组件及含有该定子组件的盘式电机 - Google Patents

一种用于盘式电机的定子组件及含有该定子组件的盘式电机 Download PDF

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李婷
王平
王健
张泉
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Abstract

本发明公开了一种用于盘式电机的定子组件及含有该定子组件的盘式电机，其包括定子铁芯和绕组线圈，所述定子铁芯包括至少2层同心布置的绕线齿组，每层绕线齿组上连接有绕组线圈，每层绕线齿组包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿。本发明结构简单、使用方便，其能够在不改变原有盘式电机的体积的前提下，有效地增大电机转矩输出能力、提高电机的体积功率密度。

Description

一种用于盘式电机的定子组件及含有该定子组件的盘式电机
技术领域
本发明涉及一种定子组件，属于盘式电机技术领域，具体涉及一种用于盘式电机的定子组件及含有该定子组件的盘式电机。
背景技术
目前，盘式电机与传统电机相比具有轴向尺寸小，结构紧凑，绕组可用空间大，电机效率高，输出扭矩大，材料利用率高等特点，特别适用于对电机轴向安装尺寸有严格要求的场合。
盘式电机主要包括定子组件和转子组件，定子组件一般包括固定盘、定子铁芯及安装于定子铁芯上的集中绕组，固定盘用以安装和支撑定子铁芯，定子铁芯是通过在固定盘上加工呈径向分布槽、齿而形成，固定盘呈中空圆环形状，定子齿呈扇形，如中国实用新型专利CN201766422U所示，该种定子铁芯的布置结构导致固定盘中间部分的空间无法得到有效利用，固定盘中间部分的空间无法产生有效的电磁转矩而产生浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于盘式电机的定子组件和含有该定子组件的盘式电机，其可保持现有电机体积不变的情况下，增大转矩输出能力，提高体积功率密度。
为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种用于盘式电机的定子组件，其包括定子铁芯和绕组线圈，所述定子铁芯包括至少2层同心布置的绕线齿组，每层绕线齿组上连接有绕组线圈，每层绕线齿组包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿。
在本发明的一种优选实施方案中，相邻两组绕线齿组上的绕组线圈相互串联连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述绕线齿为扇形。
在本发明的一种优选实施方案中，所述绕线齿组的每个绕线齿上均缠绕有所述绕组线圈。
在本发明的一种优选实施方案中，所述绕线齿组的绕线齿上缠绕有所述绕组线圈，相邻2个绕组线圈之间至少设置有1个未缠绕绕组线圈的绕线齿。
在本发明的一种优选实施方案中，所述定子铁芯包括扁环状底板部，所述绕线齿组同心设置于所述扁环状底板部上。
在本发明的一种优选实施方案中，沿定子铁芯的径向由内至外，每层绕线齿组的绕线齿个数递增。
本发明还公开了一种大转矩盘式电机，其包括定子和转子，所述定子为前述的定子组件。
在本发明的一种优选实施方案中，所述定子为1个或2个或多个。
在本发明的一种优选实施方案中，所述转子为1个或2个或多个。
本发明的有益效果是：本发明结构简单、使用方便，其能够在不改变原有盘式电机的体积的前提下，有效地增大电机转矩输出能力、提高电机的体积功率密度；本发明通过将定子铁芯设计为至少包括2层同心布置的绕线齿组，从而利用了定子铁芯中间部分的空间、增加电磁作用部分；本发明通过在绕线齿组的绕线齿上间隔布置绕组线圈，有效地降低等效磁阻，增大气隙磁密。
附图说明
图1是现有技术中盘式电机的定子组件的主视图；
图2是现有技术中盘式电机的转子组件的俯视图；
图3是现有技术中盘式电机定子组件+转子组件的示意图；
图4是现有技术中盘式电机定子组件+转子组件的剖视图；
图5是本发明实施例1的定子组件的主视图；
图6是本发明实施例1的定子组件的剖视图；
图7是本发明实施例2的定子组件的主视图；
图8是本发明实施例2的定子组件的剖视图；
图9是本发明实施例3的定子组件的主视图；
图10是本发明实施例3的定子组件的剖视图；
图11是本发明实施例4的定子组件的主视图；
图12是本发明实施例4的定子组件的剖视图；
图13是本发明实施例一种大转矩盘式电机的示意图；
图中：1-定子铁芯；2-绕组线圈；3-绕线齿组；3.1-绕线齿；4-
转子背板；5-永磁体；
图中：黑白灰分别代表UVW三相。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种用于盘式电机的定子组件，其包括定子铁芯1和绕组线圈2，定子铁芯1包括沿定子铁芯的径向间隔布置的多层绕线齿组3且多层绕线齿组3同心布置，每层绕线齿组3上连接有绕组线圈2，每层绕线齿组3包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿3.1。相邻两组绕线齿组3上的绕组线圈2相互串联连接。优选地，绕线齿3.1为扇形。此处的“一层”是指“一圈”。
优选地，绕线齿组3的每个绕线齿3.1上均缠绕有绕组线圈2。
优选地，绕线齿组3的绕线齿3.1上缠绕有绕组线圈2，相邻2个绕组线圈2之间至少设置有1个未缠绕绕组线圈2的绕线齿3.1。
优选地，定子铁芯1包括扁环状底板部，绕线齿组3同心设置于扁环状底板部上。
优选地，沿定子铁芯1的径向由内至外，每层绕线齿组3的绕线齿3.1个数递增。
本发明还公开了一种大转矩盘式电机，如图13所示，其包括1个定子和2个转子，1个定子为前述的定子组件。
本发明的大转矩盘式电机有单定子+单转子、单定子+双转子、双定子+单转子以及多定子+多转子等结构，定子组件适用于任何定转子组合结构。
为验证本发明的技术效果，现列举实施例如下：
对比例1(如图1-4所示)：
定子结构，仅包括1组绕线齿组3，每层绕线齿组3包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿3.1，每个绕线齿3.1缠绕有绕组线圈2；
转子结构，包括转子背板和分块的永磁体；
定子结构和转子结构组成27槽24极方案，从中间半径处环形切开，切面拉直成为直线电机模型，全长为750mm，为简化计算量，取三分之一模型进行仿真，如附图1-3所示，仿真结果为：反电势为4.15kV，推力18.75kN。
实施例1(如图5-6所示)：
定子结构，仅包括2层绕线齿组3，每层绕线齿组3包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿3.1，每个绕线齿3.1缠绕有绕组线圈2；
转子结构，包括转子背板和分块的永磁体；
外圈的性能为原型方案的结果，无需再次计算，结果为反电势为4.15kV，推力18.75kN，
内圈的的性能为原型方案的结果为纯增量，反电势为1.6kV(增大38.6％)，推力12.86kN(增大68.6％)，由于考虑到内圈半径更小，转换为转矩，增量为12.86*450/18.75/750＝41.2％，与反电势增加百分比基本相同。
实施例2(如图7-8所示)：
定子结构，仅包括2层绕线齿组3，每层绕线齿组3包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿3.1，每个绕线齿3.1缠绕有绕组线圈2；
转子结构，包括转子背板和分块的永磁体；
实施例1与实施例2结构相同，分相方式不同；
外圈的性能为原型方案的结果，无需再次计算，结果为反电势为4.15kV，推力18.75kN，
内圈的的性能为原型方案的结果为纯增量，反电势为1.4kV(增大33.7％)，推力11.1kN，由于考虑到内圈半径更小，转换为转矩，增量为35.5％，与反电势增加百分比基本相同。
实施例3(如图9-10所示)：
定子结构，仅包括2层绕线齿组3，每层绕线齿组3包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿3.1，每个绕线齿3.1缠绕有绕组线圈2；
转子结构，包括转子背板和分块的永磁体；
实施例3相对于实施例2分相方式相同，但实施例3内圈齿数更少，齿宽可以做的更大，内圈等效为9槽24极电机；
外圈的性能为原型方案的结果，无需再次计算，结果为反电势为4.15kV，推力18.75kN，
内圈的的性能为原型方案的结果为纯增量，反电势为0.71kV(增大17.1％)，推力5.67kN，由于考虑到内圈半径更小，转换为转矩，增量为18.1％，与反电势增加百分比基本相同。
实施例4(如图11-12所示)：
定子结构，仅包括2层绕线齿组3，每层绕线齿组3包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿3.1，外圈的每个绕线齿3.1缠绕有绕组线圈2，内圈的绕线齿3.1间隔布置有绕组线圈2；
转子结构，包括转子背板和分块的永磁体；
外圈的性能为原型方案的结果，无需再次计算，结果为反电势为4.15kV，推力18.75kN，
内圈的的性能为原型方案的结果为纯增量，反电势为0.88kV(增大21.2％)，推力7.04kN，由于考虑到内圈半径更小，转换为转矩，增量为22.5％，与反电势增加百分比基本相同。
该技术方案能够降低等效磁阻，增大气隙磁密。
实施例5：
定子结构，仅包括2层绕线齿组3，每层绕线齿组3包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿3.1，外圈的每个绕线齿3.1缠绕有绕组线圈2，内圈的绕线齿3.1间隔布置有绕组线圈2；
转子结构，包括转子背板和交替极形式的永磁体(把中间的N极永磁体全部去掉或更换为导磁铁心)；
外圈的性能为原型方案的结果，无需再次计算，结果为反电势为4.15kV，推力18.75kN，
内圈的的性能为原型方案的结果为纯增量，反电势为0.79kV或1.58kV(增大19％或38％)，转矩的增长比例也基本一致。由于交替极方案仅替换永磁体，相当于仅改变转子，所以其余改进方案均可采用交替极方式以节约永磁体用量。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于盘式电机的定子组件，包括定子铁芯(1)和绕组线圈(2)，其特征在于：所述定子铁芯(1)包括至少2层同心布置的绕线齿组(3)，每层绕线齿组(3)上连接有绕组线圈(2)，每层绕线齿组(3)包括多个沿定子铁芯的周向均匀分布的绕线齿(3.1)。
2.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的定子组件，其特征在于：相邻两组绕线齿组(3)上的绕组线圈(2)相互串联连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的定子组件，其特征在于：所述绕线齿(3.1)为扇形。
4.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的定子组件，其特征在于：所述绕线齿组(3)的每个绕线齿(3.1)上均缠绕有所述绕组线圈(2)。
5.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的定子组件，其特征在于：所述绕线齿组(3)的绕线齿(3.1)上缠绕有所述绕组线圈(2)，相邻2个绕组线圈(2)之间至少设置有1个未缠绕绕组线圈(2)的绕线齿(3.1)。
6.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的定子组件，其特征在于：所述定子铁芯(1)包括扁环状底板部，所述绕线齿组(3)同心设置于所述扁环状底板部上。
7.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的定子组件，其特征在于：沿定子铁芯(1)的径向由内至外，每层绕线齿组(3)的绕线齿(3.1)个数递增。
8.一种大转矩盘式电机，包括定子和转子，其特征在于：所述定子为权利要求1-7任意一项权利要求所述的定子组件。
9.根据权利要求8所述的一种大转矩盘式电机，其特征在于：所述定子为1个或2个或多个。
10.根据权利要求8所述的一种大转矩盘式电机，其特征在于：所述转子为1个或2个或多个。
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