CN110571998A - 用于永磁电机的定子及永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于永磁电机的定子及永磁电机。该定子包括筒状的磁轭以及沿径向从该磁轭朝向该永磁电机的转子延伸的多个定子齿，在多个定子齿朝向转子的端面上设有沿周向相互间隔的多个凹槽。本发明的定子及永磁电机能够降低电机的磁钢涡流损耗，提高电机的效率，同时降低永磁体发生不可逆退磁的风险。

Description

用于永磁电机的定子及永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁电机领域。具体地，本发明涉及一种用于永磁电机的定子以及包括该定子的永磁电机。

背景技术

电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，其主要作用是产生驱动转矩，作为电器或者各种机械的动力源。其中，永磁同步电机采用永磁体作为转子，定子绕组通入三相对称电流产生旋转磁场，转子在旋转磁场中受到电磁力作用而运动，从而将电能转化为动能转矩输出。永磁同步电机具有转矩转速特性好、效率相对于其它种类电机较高和控制方便等优点，因此一般电动汽车大多采用永磁同步电机。

然而，在永磁同步电机高速运行时，由于定子绕组电流产生高次谐波等因素所造成的磁钢涡流损耗将导致永磁体升温，使得电机的效率降低；同时，当绕组在永磁体处产生的磁场强度过大或者永磁体的温度过高时，都可能造成永磁材料的不可逆退磁，从而严重影响电机的性能。

发明内容

因此，本发明需要解决的技术问题是，提供一种降低永磁同步电机转子中永磁体退磁风险同时提高电机效率的定子及永磁同步电机。

上述问题通过根据本发明的一种用于永磁同步电机的定子而得到解决。该定子具有筒状的磁轭以及多个从磁轭的内表面起朝向永磁电机的转子的中心延伸的定子齿，在定子齿朝向转子的端面上设有多个沿周向相互间隔的凹槽。定子齿上的凹槽能够降低低频部分的磁通密度，从而降低永磁体的磁钢涡流损耗，提高电机的效率；同时，定子线圈在转子永磁体处产生的磁场强度降低，从而降低了永磁体发生不可逆退磁的风险。

根据本发明的一个优选实施例，该定子的多个凹槽沿周向均匀分布。优选地，每个凹槽在径向横截面上的尺寸和形状都相同。另外优选地，每个凹槽沿周向的宽度等于相邻两个凹槽之间沿周向的间距。这种构造使得定子更加易于加工处理。

根据本发明的另一优选实施例，在每个定子齿朝向转子的端面上形成有相应的定子齿靴，在该定子齿靴上设置根据本发明的凹槽。每个凹槽沿径向延伸到定子齿中的深度不大于该定子齿靴沿径向的最小宽度，从而避免了凹槽对定子齿靴结构强度的影响。

根据本发明的另一优选实施例，在定子齿的非朝向转子的侧面上设有在周向上收窄的凹部。由于凹部的设置，能够在定子齿上产生局部磁饱和，过滤高次谐波，从而提高电机的整体效率。

根据本发明的另一优选实施例，根据定子的内径大小来设置定子上多个凹槽的数量。对于同一定子，凹槽的数量越多，降低磁钢涡流损耗和退磁风险的效果就越好，而定子上能够设置的凹槽数量的上限主要由定子的内径决定。因此，优选根据定子内径的大小在定子上设置尽可能多的凹槽。根据实验可知，对于定子外直径为270mm、内直径为210mm的永磁电机，当整个定子的内侧总共设有1440个凹槽时，永磁体的磁钢涡流损耗将降低8.3％。

根据本发明的另一优选实施例，定子由多个通过冲压形成的定子冲片堆叠而成，其中，在冲压制造定子冲片时同时冲压形成根据本发明的凹槽。在制造定子冲片时一起形成凹槽，从而简化了根据本发明的定子的制造过程，并节约了成本。另外优选的是，在堆叠形成定子之后，每个定子冲片的相应的凹槽轴向对齐，从而在定子齿上形成轴向贯通的凹槽。

上述问题通过根据本发明的一种永磁同步电机而得到解决，该永磁同步电机包括具有上述特征的定子。

附图说明

以下结合附图进一步描述本发明。图中以相同的附图标记来代表功能相同的元件。其中：

图1是根据本发明的实施例的永磁同步电机在垂直于纵向轴线的横截面上的部分剖视示意图；以及

图2是图1所示的永磁同步电机的局部放大图。

具体实施方式

请参照图1，其中示出根据本发明实施例的永磁同步电机在垂直于电机纵向轴线的横截面上的部分剖视图。如图1所示，电机转子3共轴地装配在中空的定子1中，在电机运行时，定子1固定不动，转子3围绕其中心轴线相对定子1转动。在转子3内朝向定子1的一侧上设有多个永磁体9。定子1具有筒状的磁轭2，在磁轭2的内周侧上设有多个定子齿4，每个定子齿4沿径向从磁轭2的内周侧朝向转子3的中心延伸。在定子齿4朝向转子3的端部上可以形成有定子齿靴6，定子齿4上连接定子齿靴6与磁轭2的部分形成为定子齿6的主体部7。

接下来参照图2，其中示出图1所示的永磁同步电机的局部放大图。如图2所示，在定子齿4朝向转子3的端面上设有多个沿轴向延伸的凹槽5，这些凹槽5在周向上相互间隔开。凹槽5能够降低低频部分的磁通密度，从而降低永磁体的磁钢涡流损耗，提高电机的效率。同时，定子线圈在转子永磁体处产生的磁场强度降低，从而降低了永磁体发生不可逆退磁的风险。

每个凹槽5沿周向的宽度可以等于相邻两个凹槽之间沿周向的间距。凹槽5沿径向延伸到定子齿4中的深度不大于定子齿靴6沿径向的最小宽度，以避免凹槽5对定子齿靴6结构强度的影响。优选地，定子1上的所有凹槽5都具有相同的尺寸和形状，并且这些凹槽5在所有定子齿4朝向转子3的端面所形成的定子内径周向上均匀分布。

在其他因素不变的情况下，在定子1的所有定子齿4上形成凹槽5的总数越多，降低磁钢涡流损耗的效果越好。例如，根据实验可知，对于定子外直径为270mm、内直径为210mm的永磁电机，当整个定子1的内侧总共设有1440个凹槽5时，永磁体的磁钢涡流损耗将降低8.3％。在实际的加工操作中，定子1内侧能够设置的凹槽5的总数的上限主要由定子1的内径——即定子齿4朝向转子3的端面距离定子中心轴线的距离来决定。因此，优选根据定子1的内径大小来在定子1上设置尽量多的凹槽5。

此外，根据本发明的优选的实施例，在定子齿4的主体部7上可以设置有凹部8，主体部7在凹部8处相较于其他部位收窄，即凹部8处的横截面积相对较小。凹部8可以设置在主体部7除朝向转子3的端面之外的任意一个或多个侧面上，本发明对凹部8的具体位置、形状和数量均无限制。凹部8可以在定子齿4上产生局部磁饱和，过滤高次谐波，从而提高电机的整体效率。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应当理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记

1 定子

2 磁轭

3 转子

4 定子齿

5 凹槽

6 定子齿靴

7 主体部

8 凹部

9 永磁体

Claims (10)

1.一种用于永磁电机的定子(1)，包括：

筒状的磁轭(2)，以及

多个从所述磁轭(2)的内表面起朝向所述永磁电机的转子(3)的中心延伸的定子齿(4)，

其特征在于，

在所述定子齿(4)朝向所述转子(3)的端面上设有多个沿周向相互间隔的凹槽(5)。

2.根据权利要求1所述的定子(1)，其特征在于，所述凹槽(5)沿周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的定子(1)，其特征在于，每个凹槽(5)在径向横截面上的尺寸和形状都相同。

4.根据权利要求3所述的定子(1)，其特征在于，每个凹槽(5)沿周向的宽度等于相邻两个凹槽(5)之间沿周向的间距。

5.根据权利要求1所述的定子(1)，其特征在于，每个定子齿(4)在朝向所述转子(3)的端面上具有在周向上拓宽的定子齿靴(6)，所述凹槽设在所述定子齿靴(6)上，每个凹槽(5)沿径向的深度不大于所述定子齿靴(6)沿径向的最小宽度。

6.根据权利要求1或5所述的定子(1)，其特征在于，在所述定子齿(4)的非朝向所述转子(3)的侧面上设有在周向上收窄的凹部(8)。

7.根据权利要求1所述的定子(1)，其特征在于，根据所述定子(1)的内径大小来设置所述凹槽(5)的数量。

8.根据权利要求1所述的定子(1)，其特征在于，所述定子由多个通过冲压形成的定子冲片堆叠而成，其中，在冲压制造所述定子冲片时同时冲压形成所述凹槽(5)。

9.根据权利要求8所述的定子(1)，其特征在于，在堆叠形成定子之后，每个定子冲片的相应的凹槽(5)轴向对齐。

10.一种永磁电机，其包括根据权利要求1-9之一所述的定子(1)。