CN110829643B

CN110829643B - 径向磁通电机

Info

Publication number: CN110829643B
Application number: CN201810910853.7A
Authority: CN
Inventors: 张兆强; 赵建兴; 陈金涛; 吴迪
Original assignee: Midea Group Co Ltd; GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd; Guangdong Welling Motor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Midea Group Co Ltd; GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd; Guangdong Welling Motor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2038-08-10
Also published as: CN110829643A

Abstract

本发明提出了一种径向磁通电机，包括：电机定子，包括：多个沿周向拼接的定子模块，定子模块包括：定子铁芯，包括弧形定子轭部以及设置在弧形定子轭部上，并向轴心方向延伸的多个定子齿；定子绕组，逐一对应绕设在定子齿上，以在通电后产生径向磁通，电机转子，与电机定子相互套设组装，其中，相邻的两个定子齿之间的夹角满足：

N_t为每个定子模块上的定子齿的数量，m为电机的相数，p为电机转子的极数。通过本发明的技术方案，与现有技术中相邻的定子齿的齿距等于相邻的磁极之间的极距的设置方向相比，通过调整齿距，能够在维持低成本与低难度工艺系数的同时，能够降低电磁转矩脉动，并实现降噪。

Description

径向磁通电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体而言，涉及一种径向磁通电机。

背景技术

对于横向磁通电机、爪极永磁电机等电机，由于电机定子上的定子齿和电机转子上的磁钢之间存在定位力，导致电机在旋转过程中，存在较大的电磁转矩脉动，相关技术中，采用以下方式减小电磁转矩脉动，但是相对的也存在缺陷：

(1)对于横向磁通电机，通过各相间的固有相移，使电机各相的电磁转矩脉动得以互相抵消，但是在相数较多时，电机的结构过于复杂，工艺实现的难度较高，并且通常应用于通过轴向增加电机相数的电机上。

(2)对于径向磁通电机，采用斜槽或斜极的方式降低电磁转矩脉动，但是工艺难度也较高，导致增加制造成本。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本发明的目的在于提供一种径向磁通电机。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提出了一种径向磁通电机，包括：电机定子，包括：多个沿周向拼接的定子模块，定子模块包括：定子铁芯，包括弧形定子轭部以及设置在弧形定子轭部上，并向轴心方向延伸的多个定子齿；定子绕组，逐一对应绕设在定子齿上，以在通电后产生径向磁通，电机转子，与电机定子相互套设组装，其中，相邻的两个定子齿之间的夹角满足：

N_t为每个定子模块上的定子齿的数量，m为电机的相数，p为电机转子的极数。

在该技术方案中，对于径向磁通电机，通过将定子绕组绕定子齿绕设，以在通电时产生径向磁通，通过将现有技术中相邻的两个的定子齿之间的夹角(机械角度)由现有技术中的2π/p，调整为

即增加

单位为弧度，即在不改变弧形定子轭部的前提下，调整互相定子轭部上的定子齿之间的齿距，以实现齿距的增加，与现有技术中相邻的定子齿的齿距等于相邻的磁极之间的极距的设置方向相比，通过调整齿距，能够在维持低成本与低难度工艺系数的同时，能够降低电磁转矩脉动，并实现降噪。

其中，电角度等于机械角度乘以极对数。

另外，本发明提供的上述技术方案中的径向磁通电机还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，多个定子齿能够沿周向配合组装在弧形定子轭部上，以构造形成定子铁芯。

在该技术方案中，通过采用组装的方式将定子齿组装到定子轭部上，以构造形成定子铁芯结构，与采用部分或全部采用冶金材料制备的定子齿的电机相比，实现的工艺更简单，成本更低。

在上述任一技术方案中，优选地，定子齿包括：齿爪部、齿腰部与齿根部，齿爪部，齿腰部与齿根部沿径向从内至外依次连接，齿爪部由沿齿腰部分别沿周向向外侧倾斜延伸的两个齿侧面以及设置于两个齿侧面之间的齿端面围设形成，在齿根部上沿周向开设有固定槽，固定槽沿周向贯穿齿根部的两个侧面，其中，通过将弧形定子轭部套设在固定槽内，使定子齿与弧形定子轭部配合组装。

在该技术方案中，每个定子齿可以包括齿根部、齿腰部与齿爪部，齿根部用于与定子轭部相连接，齿腰部可以进行绕组绕设，定子绕组绕设在齿腰部上，由于齿腰部沿径向延伸，对应在电机定子上能够形成径向磁通，而齿爪部能够沿周向排布形成与电机转子配合的圆周配合面，从而实现与电机转子之间的稳定适配。

具体地，通过将齿爪部构造形成由齿腰部分别向外侧倾斜延伸的两个齿侧面以及设置于两个齿侧面之间的齿端面围设形成的三角形结构，通过两个分别向外侧延伸的两个齿侧面形成的齿爪部(即齿靴部)，一方面，将齿靴部较大化设置，能够提升聚磁效率，进而能够保证绕组绕设的稳定性，进而保证电机运行性能。

在上述任一技术方案中，优选地，定子齿由多个定子齿冲片沿周向叠加构造形成。

在该技术方案中，通过以定子齿冲片的形式形成定子齿，进而结合定子轭部构造形成定子铁芯结构，与采用实心齿的横向磁通电机或爪机电机相比，在能够大幅度降低铁芯损失的同时，不需要增加较大的工艺改进成本。

在上述任一技术方案中，优选地，弧形定子轭部由多个定子轭部冲片沿轴向堆叠形成。

在上述任一技术方案中，优选地，固定槽的截面形状被构造为矩形、U形、以及梯形中的任一一种。

在该技术方案中，固定槽的截面可以有多种结构形式，并随着定子轭部的截面形状的改变而改变，以满足不同电机定子结构的设置需求。

优选地，固定槽的截面形状为矩形或梯形。

在上述任一技术方案中，优选地，固定槽远离齿腰部的侧壁的长度小于或等于靠近齿腰部的侧壁的长度。

在该技术方案中，对于远离齿腰部的侧壁，主要用于与定子轭部进行配合并实现机械固定，此时，远离齿腰部的侧壁的长度可以小于或等于靠近齿腰部的侧壁的长度，而在进一步减小远离齿腰部的侧壁的长度以将该侧壁的长度设置为小于靠近齿腰部的侧壁的长度，能够有效降低整个电机定子的质量。

而对于靠近齿腰部的侧壁，在与远离齿腰部的侧壁配合形成固定槽以实现与定子轭部之间进行机械固定的同时，能够将由齿腰部传递过来的磁力线传送至定子轭部中，因此通过将靠近齿腰部的侧壁设置为较长边，能够有效降低漏磁概率。

在上述任一技术方案中，优选地，固定槽远离齿腰部的侧壁的厚度小于或等于靠近齿腰部的侧壁的厚度。

在该技术方案中，通过将固定槽远离齿腰部的侧壁的厚度设置为小于靠近齿腰部的侧壁的厚度，一方面，通过限定靠近齿腰部的侧壁的厚度，以保证将由齿腰部传递过来的磁力线传送至定子轭部中，同时有利于降低漏磁概率，另一方面，通过限定远离齿腰部的侧壁的厚度，在满足机械固定的强度的同时，也有利于降低电机定子的重量。

在上述任一技术方案中，优选地，弧形定子轭部的外侧壁与内侧壁分别由多段直面沿周向拼接构造形成。

在上述任一技术方案中，优选地，弧形定子轭部的外侧壁与内侧壁为圆弧面，在圆弧面上与定子齿配合的区域通过凹陷设置形成与固定槽的侧壁配合的卡槽结构，其中，卡槽结构的深度与对应的侧部的厚度相同。

在上述任一技术方案中，优选地，定子铁芯由整块钢件通过压模制备构造形成。

在该技术方案中，通过采用整块钢架制备定子铁芯，相对采用定子轭部冲片与定子齿冲片堆叠组装的方式，整体的强度更好，因此能够使电机在运行时具有更高的稳定性。

在上述任一技术方案中，优选地，电机定子中具有n个定子模块，其中，在电机的相数为m时，每相中定子模块的数量为n/m。

在该技术方案中，对于有n个定子模块的电机，其相数取决于每相所含的模块数，如果每相模块数为a，a为不小于1的整数，则总的电机相数m为n/a，在a为1时，每一个定子模块代表一相，沿周向依次排布，每相所占的空间角度等于每个模块所占的空间角度，即360°/n，如果a大于1，则沿周向排布时，先把各相按每相一个模块的顺序依次排布，排完m个绕组后，再重复之前的排布，直到重复a次，为了降低反电势谐波和电磁转矩脉动，通常将a和m设置为大于1的整数。

在上述任一技术方案中，优选地，电机转子包括：多个弧形转子轭部，能够沿周向排布形成环形转子轭部，弧形转子轭部的圆弧侧壁上沿周向排布有多个磁钢定位齿，任意相邻的两个磁钢定位齿之间限定出磁钢定位槽；多个永磁体，对应设置于磁钢定位槽内，并能够凸出磁钢定位槽。

本申请技术方案中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过将现有技术中相邻的两个的定子齿之间的夹角(机械角度)由现有技术中的2π/p，调整为

即增加

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了相关技术中定子模块上的定子齿的分布示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的径向磁通电机的结构示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的定子模块的结构示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的定子模块上的定子齿的分布示意图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的定子齿的结构示意图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的弧形定子轭部的结构示意图；

图7示出了根据本发明的另一个实施例的弧形定子轭部的结构示意图；

图8示出了相关技术中电机的转矩波动示意图；

图9示出了根据本发明的实施例的径向磁通电机的转矩波动示意图。

其中，图1至图7中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10定子模块，102弧形定子轭部，104定子齿，106定子绕组，1042齿爪部，1044齿腰部，1046齿根部，1046A固定槽，1046B第一侧壁，1046C第二侧壁，20电机转子，202转子轭部，204永磁体。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图8描述根据本发明一些实施例的径向磁通电机。

如图2至图4所示，根据本发明的实施例的径向磁通电机，包括：电机定子，包括：多个沿周向拼接的定子模块10，定子模块10包括：定子铁芯，包括弧形定子轭部102以及设置在弧形定子轭部102上，并向轴心方向延伸的多个定子齿104；定子绕组106，定子绕组，逐一对应绕设在定子齿104上，以在通电后产生径向磁通，电机转子20，与电机定子相互套设组装，其中，相邻的两个定子齿104之间的夹角满足：

N_t为每个定子模块10上的定子齿104的数量，m为电机的相数，p为电机转子20的极数。

在该实施例中，对于径向磁通电机，通过绕定子齿104绕设，以在通电时产生径向磁通。

如图1所示，现有技术中相邻的两个的定子齿104之间的夹角(机械角度)由现有技术中的α＝2π/p，如图4所示，调整后的调整两个的定子齿104之间的夹角为

即增加

单位为弧度，即在不改变弧形定子轭部102的前提下，调整互相定子轭部上的定子齿104之间的齿距，以实现齿距的增加，与现有技术中相邻的定子齿104的齿距等于相邻的磁极之间的极距的设置方向相比，通过调整齿距，能够在维持低成本与低难度工艺系数的同时，能够降低电磁转矩脉动，并实现降噪。

如图8与图9所示的转矩波动曲线，通过验证，在采用如图1所以的定子齿104的排布方式的电机中，如图8所示，转矩在[0.84，1]之间波动，而在采用如图4所示的定子齿104的排布方式的电机中，如图9所示，转矩的波动明显减小，即实现电磁转矩脉动的减小，进而实现电机降噪。

其中，电角度等于机械角度乘以极对数。

具体地，如图2与图3所示，三相内转子径向磁通电机(另外，电机也可以是外转子电机)，该电机转子20有44极，并且转子可以是任意构型(表贴式、插入式、内置式)，图2所示的为表贴式结构，该电机包括6个定子模块10，如图3所示，每个定子模块10包括6个交错周向排布的齿，图5示出了定子齿104的结构，图6与图7示出了两种弧形定子轭部102的结构，

如图1所示，相关技术中的径向磁通电机，其齿距和极距相等(以机械角度计，单位为弧度)，均为

合180°电角度。

如图4所示，通过调整定子齿104之间的间距，把齿距增加到

即190°的电角度，即齿距增加了10°电角度，以实现电磁转矩脉动。

在上述实施例中，优选地，多个定子齿104能够沿周向配合组装在弧形定子轭部102上，以构造形成定子铁芯。

在该实施例中，通过采用组装的方式将定子齿104组装到定子轭部102上，以构造形成定子铁芯结构，与采用部分或全部采用冶金材料制备的定子齿104的电机相比，实现的工艺更简单，成本更低。

如图5所示，在上述任一实施例中，优选地，定子齿104包括：齿爪部1042、齿腰部1044与齿根部1046，齿爪部1042，齿腰部1044与齿根部1046沿径向从内至外依次连接，齿爪部1042由沿齿腰部1044分别沿周向向外侧倾斜延伸的两个齿侧面以及设置于两个齿侧面之间的齿端面围设形成，在齿根部1046上沿周向开设有固定槽1046A，固定槽1046A沿周向贯穿齿根部1046的两个侧面，其中，通过将弧形定子轭部102套设在固定槽1046A内，使定子齿104与弧形定子轭部102配合组装。

在该实施例中，每个定子齿104可以包括齿根部1046、齿腰部1044与齿爪部1042，齿根部1046用于与定子轭部相连接，齿腰部1044可以进行绕组绕设，定子绕组绕设在齿腰部1044上，由于齿腰部1044沿径向延伸，对应在电机定子上能够形成径向磁通，而齿爪部1042能够沿周向排布形成与电机转子配合的圆周配合面，从而实现与电机转子20之间的稳定适配。

另外，通过将齿爪部1042构造形成由齿腰部1044分别向外侧倾斜延伸的两个齿侧面以及设置于两个齿侧面之间的齿端面围设形成的三角形结构，通过两个分别向外侧延伸的两个齿侧面形成的齿爪部1042(即齿靴部)，一方面，将齿靴部较大化设置，能够提升聚磁效率，进而能够保证绕组绕设的稳定性，进而保证电机运行性能。

如图3与图5所示，在上述任一实施例中，优选地，定子齿104由多个定子齿104冲片沿周向叠加构造形成。

在该实施例中，通过以定子齿104冲片的形式形成定子齿104，进而结合定子轭部构造形成定子铁芯结构，与采用实心齿的径向磁通电机或爪机电机相比，在能够大幅度降低铁芯损失的同时，不需要增加较大的工艺改进成本。

如图6与图7所示，在上述任一实施例中，优选地，弧形定子轭部102由多个定子轭部冲片沿轴向堆叠形成。

在上述任一实施例中，优选地，固定槽1046A的截面形状被构造为矩形、U形、以及梯形中的任一一种。

在该实施例中，固定槽1046A的截面可以有多种结构形式，并随着定子轭部的截面形状的改变而改变，以满足不同电机定子结构的设置需求。

优选地，固定槽1046A的截面形状为矩形或梯形。

在上述任一实施例中，优选地，固定槽1046A远离齿腰部1044的侧壁的长度小于或等于靠近齿腰部1044的侧壁的长度。

在该实施例中，对于远离齿腰部1044的侧壁(第二侧壁1046C)，主要用于与定子轭部进行配合并实现机械固定，此时，第二侧壁1046C的长度可以小于或等于靠近齿腰部1044的侧壁(第一侧壁1046B)的长度，而在进一步减小第二侧壁1046C的长度以将该第二侧壁1046C的长度设置为小于第一侧壁1046B的长度，能够有效降低整个电机定子的质量。

而对于第一侧壁1046B，在与第二侧壁1046C配合形成固定槽1046A以实现与定子轭部之间进行机械固定的同时，能够将由齿腰部1044传递过来的磁力线传送至定子轭部中，因此通过将第一侧壁1046B设置为较长边，能够有效降低漏磁概率。

在上述任一实施例中，优选地，固定槽1046A远离齿腰部1044的侧壁的厚度小于或等于靠近齿腰部1044的侧壁的厚度。

在该实施例中，通过将第二侧壁1046C的厚度设置为小于第一侧壁1046B的厚度，一方面，通过限定第一侧壁1046B的厚度，以保证将由齿腰部1044传递过来的磁力线传送至定子轭部中，同时有利于降低漏磁概率，另一方面，通过限定第二侧壁1046C的厚度，在满足机械固定的强度的同时，也有利于降低电机定子的重量。

如图6所示，在上述任一实施例中，优选地，弧形定子轭部102的外侧壁与内侧壁分别由多段直面沿周向拼接构造形成。

如图7所示，在上述任一实施例中，优选地，弧形定子轭部102的外侧壁与内侧壁为圆弧面，在圆弧面上与定子齿104配合的区域通过凹陷设置形成与固定槽1046A的侧壁配合的卡槽结构，其中，卡槽结构的深度与对应的侧部的厚度相同。

在上述任一实施例中，优选地，定子铁芯由整块钢件通过压模制备构造形成。

在该实施例中，通过采用整块钢架制备定子铁芯，相对采用定子轭部冲片与定子齿104冲片堆叠组装的方式，整体的强度更好，因此能够使电机在运行时具有更高的稳定性。

在上述任一实施例中，优选地，电机定子中具有n个定子模块10，其中，在电机的相数为m时，每相中定子模块10的数量为n/m。

在该实施例中，对于有n个定子模块10的电机，其相数取决于每相所含的模块数，如果每相模块数为a，a为不小于1的整数，则总的电机相数m为n/a，在a为1时，每一个定子模块10代表一相，沿周向依次排布，每相所占的空间角度等于每个模块所占的空间角度，即360°/n，如果a大于1，则沿周向排布时，先把各相按每相一个模块的顺序依次排布，排完m个绕组后，再重复之前的排布，直到重复a次，为了降低反电势谐波和电磁转矩脉动，通常将a和m设置为大于1的整数。

如图2所示，在上述任一实施例中，优选地，电机转子20包括：多个弧形转子轭部202，能够沿周向排布形成环形转子轭部202，弧形转子轭部202的圆弧侧壁上沿周向排布有多个磁钢定位齿，任意相邻的两个磁钢定位齿之间限定出磁钢定位槽；多个永磁体204，对应设置于磁钢定位槽内，并能够凸出磁钢定位槽。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种径向磁通电机，其特征在于，包括：

电机定子，包括：

多个沿周向拼接的定子模块，所述定子模块包括：

定子铁芯，包括弧形定子轭部以及设置在所述弧形定子轭部上，并向轴心方向延伸的多个定子齿；

定子绕组，逐一对应绕设在所述定子齿上，以在通电后产生径向磁通，

电机转子，与所述电机定子相互套设组装，

其中，相邻的两个所述定子齿之间的夹角满足：

，

为每个所述定子模块上的所述定子齿的数量，m为所述电机的相数，p为所述电机转子的极数；

所述定子齿包括：齿腰部与齿根部；

在所述齿根部上沿周向开设有-固定槽，所述固定槽沿周向贯穿所述齿根部的两个侧面；

所述固定槽远离所述齿腰部的侧壁的长度小于或等于靠近所述齿腰部的侧壁的长度。

2.根据权利要求1所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述多个定子齿能够沿周向配合组装在所述弧形定子轭部上，以构造形成所述定子铁芯。

3.根据权利要求2所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述定子齿还包括：

齿爪部，所述齿爪部，所述齿腰部与所述齿根部沿径向从内至外依次连接，所述齿爪部由沿所述齿腰部分别沿周向向外侧倾斜延伸的两个齿侧面以及设置于所述两个齿侧面之间的齿端面围设形成，

其中，通过将所述弧形定子轭部套设在所述固定槽内，使所述定子齿与所述弧形定子轭部配合组装。

4.根据权利要求3所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述定子齿由多个定子齿冲片沿周向叠加构造形成。

5.根据权利要求2所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述弧形定子轭部由多个定子轭部冲片沿轴向堆叠形成。

6.根据权利要求3所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述固定槽的截面形状被构造为矩形、U形、以及梯形中的任一一种。

7.根据权利要求3所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述固定槽远离所述齿腰部的侧壁的厚度小于或等于靠近所述齿腰部的侧壁的厚度。

8.根据权利要求2所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述弧形定子轭部的外侧壁与内侧壁分别由多段直面沿周向拼接构造形成。

9.根据权利要求2所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述弧形定子轭部的外侧壁与内侧壁为圆弧面，在所述圆弧面上与所述定子齿配合的区域通过凹陷设置形成与所述固定槽的侧壁配合的卡槽结构，

其中，所述卡槽结构的深度与对应的所述侧壁的厚度相同。

10.根据权利要求1所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述定子铁芯由整块钢件通过压模制备构造形成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的径向磁通电机，其特征在于，

所述电机定子中具有n个定子模块，

其中，在所述电机的相数为m时，每相中所述定子模块的数量为n/m。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的径向磁通电机，其特征在于，所述电机转子包括：

多个弧形转子轭部，能够沿周向排布形成环形转子轭部，所述弧形转子轭部的圆弧侧壁上沿周向排布有多个磁钢定位齿，任意相邻的两个所述磁钢定位齿之间限定出磁钢定位槽；

多个永磁体，对应设置于所述磁钢定位槽内，并能够凸出所述磁钢定位槽。