CN111293797A - 永磁电机定子 - Google Patents

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Abstract

永磁电机包括电机壳体和设置在电机壳体内的定子。电机壳体具有沿着中心纵向轴线在第一壳体端部与第二壳体端部之间延伸的内表面。定子具有定子芯，所述定子芯具有外部表面和内部表面，外部表面和内部表面均沿着中心纵向轴线在第一表面与第二表面之间延伸。定子芯限定从第一表面朝向第二表面延伸的多个开口。

Description

永磁电机定子
背景技术
电机用于汽车系统、精密工具或工业驱动器中，并且可以具有在低噪声和低振动下操作的特定要求。电机中的噪声、振动或刺耳声的一些源可能是齿槽转矩、转矩脉动和电磁径向力以及其他空气动力源或机械源。具有高转矩密度的电机通常很可能产生较高的噪声和振动，这被视为是不可接受的。已经采用了不同的方法来减轻来自电机的噪声和振动，然而，随着对更高转矩密度的需求增加，必须开发新的策略或配置来减轻来自电机的噪声和振动。
发明内容
公开了一种设置有永磁电机(permanent magnet machine，永磁机)的定子。定子包括围绕中心纵向轴线设置的定子芯。定子芯具有：外部表面；内部表面，与外部表面相对设置，外部表面和内部表面均沿着中心纵向轴线在第一表面与第二表面之间延伸；多个定子齿，从内部表面朝向中心纵向轴线径向延伸。定子芯限定开口，所述开口从第一表面朝向第二表面延伸，并且邻近于多个定子齿的第一定子齿设置。
还公开了一种永磁电机，所述永磁电机包括电机壳体和设置在电机壳体内的定子。电机壳体具有沿着中心纵向轴线在第一壳体端部与第二壳体端部之间延伸的内表面。定子具有定子芯，所述定子芯具有外部表面和内部表面，外部表面和内部表面均沿着中心纵向轴线在第一表面与第二表面之间延伸。定子芯限定从第一表面朝向第二表面延伸的多个开口。
通过结合附图的以下描述，这些和其他优点和特征将变得更加明显。
附图说明
在说明书的结尾处的权利要求中特别指出并明确要求保护被视为本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本发明的前述和其他特征以及优点将明显，在附图中：
图1A是设置在电机壳体内的定子的局部立体图；
图1B是设置在限定了非连续区域的电机壳体内的定子的局部立体图；
图2A和图2B是具有开口的定子的视图；
图3A和图3B是具有开口的定子的视图；
图4A和图4B是具有开口的定子的视图；
图5A和图5B是具有开口的定子的视图。
具体实施方式
现在参照附图，其中将参照具体实施例描述本发明，但不限制于此，应理解的是，公开的实施例仅是本公开的说明，其可以以各种和替代形式体现。这些附图不一定按比例绘制；一些特征可能被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅是作为教导本领域技术人员以各种方式采用本公开的代表性基础。
参照图1A和图1B，示出了诸如永磁电机10的电机。永磁电机10包括电机壳体12和定子14，定子被布置为设置在电机壳体12内。
电机壳体12围绕中心纵向轴线20设置。电机壳体12包括内表面22，所述内表面沿着中心纵向轴线20在第一壳体端部24与第二壳体端部26之间延伸。第一壳体端部24可以是开口，第二壳体端部26可以是闭合端部。第二壳体端部26限定大致沿着中心纵向轴线20对准的开口28，轴等可以沿着中心纵向轴线延伸通过。
定子14设置在电机壳体12内并且固定到电机壳体12的内表面22。定子14包括围绕中心纵向轴线20设置的定子芯30。
参照附图，定子芯30包括外部表面32、与外部表面32相对设置的内部表面34以及多个定子齿36。外部表面32和内部表面34沿着中心纵向轴线20在第一表面40与第二表面42之间延伸。外部表面32面向电机壳体12的内表面22。定子芯30的外部表面32通常可以被称为定子14的背铁(back iron)。多个定子齿36从内部表面34朝向中心纵向轴线径向延伸。槽44限定在多个定子齿36中的邻近的定子齿之间，使得槽44限定在多个定子齿36中的第一定子齿46与邻近于第一定子齿46设置的第二定子齿48之间。在这种布置中，槽44周向设置在第一定子齿46与第二定子齿48之间。
定子14可以采用各种分数槽拓扑(topologies)，例如，槽的数量和与定子14关联的磁极的数量之间的各种比率。分数槽拓扑影响关于多个定子齿36中的定子齿的绕组因数，并因此影响转矩密度。其中绕组因数越高，转矩密度越高。较高的转矩密度可能导致低阶振动模式。低模阶是由于磁极导致的n阶径向场和由于电枢反作用导致的n+2阶径向场的相互作用所致。低模阶导致定子变形，从而导致被感知为噪声的电机振动。
本公开试图通过在电机壳体12和/或定子14中设置开口60来解决被感知为噪声的电机振动，开口60被布置为抑制通过多个定子齿36中的定子齿传递的径向力。
参照图1A，非连续区域可以通过定子14的外部表面32的第一凸起区域62和第二凸起区域64来限定。第一凸起区域62被设置为靠近第一表面40。第二凸起区域64与第一凸起区域62在周向上和轴向上间隔开。第二凸起区域64被设置为靠近第二表面42。第一凸起区域62和第二凸起区域64中的至少一个被布置为与电机壳体12的内表面22接合。第一凸起区域62和第二凸起区域64被布置为减少定子14的外部表面32与电机壳体12的内表面22之间的接触点的数量。
参照图1B，非连续区域可以通过电机壳体12的内表面22来限定。非连续区域可以通过电机壳体12的内表面22的凹陷区域66来限定。凹陷区域64可以沿着横向于中心纵向轴线20设置的轴线从内表面22朝向电机壳体12的外表面延伸。
由电机壳体12的内表面22的凹陷区域66和/或定子的外部表面32的第一凸起区域62和第二凸起区域64限定的非连续区域可以减少定子14的外部表面32与电机壳体12的内表面22之间的接触点，以减少通过多个定子齿36的定子齿传递到电机壳体12的力，并且因此在不对电机转矩密度妥协的情况下通过减少定子14的变形来减少辐射噪声和振动。在电机壳体12的内表面22上实施凹陷区域66并且保持定子14的均匀或基本上均匀的外部表面32，可以使由于定子14的外部表面32上的不连续导致的永磁电机10的磁性损失的可能性最小化。
定子芯30和/或电机壳体12的开口60用作弹簧，所述弹簧抑制径向力并减少定子芯30或电机壳体12的变形以减少噪声和振动。开口60可以均从电机壳体12的设置在第一壳体端部24处的表面沿着中心纵向轴线20朝向第二壳体端部26延伸。开口60可以设置在定子芯30的外部表面32与内部表面34之间。开口60可以设置为与内部表面34相比更靠近外部表面32，以对电机的电磁性能没有影响或影响最小。
开口60可以均具有基本上等于多个定子齿36中的第一定子齿46和第二定子齿48中的至少一个的周向宽度的周向宽度。开口60可以均具有基本上等于槽44的限定在多个定子齿36的第一定子齿46与第二定子齿48之间的周向宽度的周向宽度。在其他实施例中，开口60可以具有基本上小于多个定子齿36的齿的周向宽度或槽44的宽度的周向宽度。
开口60可以被布置为从第一表面40朝向第二表面42延伸而不完全延伸通过定子芯30的凹进、凹陷、凹槽等。开口60可以被布置为从第一表面40延伸到第二表面42的槽，使得开口60完全延伸通过定子芯30。在至少一个实施例中，开口60可以替代为具有沿着中心纵向轴线20轴向远离第一表面40延伸的质量的结节、突起等。开口60可以具有从第一表面40朝向第二表面42测量的变化深度，使得第一开口可以具有第一深度并且与第一开口周向地间隔开的第二开口可以具有大于或小于第一深度的第二深度。开口60可以围绕定子芯30周向地分布，在相邻的开口之间具有变化的分布角(varying angles of distribution)或变化的周向距离，使得第一角(例如，相对于中心纵向轴线)或在第一开口与邻近于第一开口设置的第二开口之间的第一周向距离可以不同于(例如，大于或小于)第二角或在第二开口与邻近于第二开口设置的第三开口之间的第二周向距离。开口60的变化深度或者相邻的开口之间的变化角或距离可以使定子芯30的抑制响应发生变化。
参照图2A，开口60可以被布置为与多个定子齿36的第一定子齿46和第二定子齿48中的至少一个周向对准的大体上椭圆形槽。参照图2B，开口60可以被布置为与设置或限定在多个定子齿36的第一定子齿46与第二定子齿48之间的槽44周向对准的大体上椭圆形槽。
参照图3A，开口60可以被布置为与多个定子齿36的第一定子齿46和第二定子齿48中的至少一个周向对准的大体上圆形开口。参照图3B，开口60可以被布置为与设置或限定在多个定子齿36的第一定子齿46与第二定子齿48之间的槽44周向对准的大体上圆形开口。
参照图4A，开口60可以被布置为与多个定子齿36的第一定子齿46和第二定子齿48中的至少一个周向对准的豆形或卵形开口。参照图4B，开口60可以被布置为与设置或限定在多个定子齿36的第一定子齿46与第二定子齿48之间的槽44周向对准的豆形或卵形开口。
参照图5A，开口60可以被布置为与多个定子齿36的第一定子齿46和第二定子齿48中的至少一个周向对准的具有倒圆角的矩形开口。参照图5B，开口60可以被布置为与设置或限定在多个定子齿36的第一定子齿46与第二定子齿48之间的槽44周向对准的具有倒圆角的矩形开口。
靠近定子14的外围设置的开口60不影响永磁电机10的转矩或任何其他电磁性能。开口60的数量、大小、形状和围绕定子14的定子芯30的位置可以变化。不管开口60的数量、形状或位置如何，开口60都减少通过多个定子齿36的定子齿传递到电机壳体12的力，以在不对电机转矩密度妥协的情况下通过减少定子14的变形来减少辐射噪声和振动。
尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可以对本发明进行修改以并入在此以前未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替换或等同布置。另外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但是应理解，本发明的多方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为由前述描述限制。

Claims (20)

1.一种设置有永磁电机的定子，包括：
定子芯，围绕中心纵向轴线设置，所述定子芯具有：
外部表面，
内部表面，与所述外部表面相对设置，所述外部表面和所述内部表面均沿着所述中心纵向轴线在第一表面与第二表面之间延伸，以及
多个定子齿，从所述内部表面朝向所述中心纵向轴线径向延伸，
所述定子芯限定开口，所述开口从所述第一表面朝向第二表面延伸，并且邻近于所述多个定子齿的第一定子齿设置。
2.根据权利要求1所述的定子，其中，所述开口设置在所述外部表面与所述内部表面之间。
3.根据权利要求1所述的定子，其中，所述开口设置为与所述内部表面相比更靠近所述外部表面。
4.根据权利要求1所述的定子，其中，所述开口与所述多个定子齿的所述第一定子齿沿周向对准。
5.根据权利要求1所述的定子，其中，所述开口沿周向设置在所述多个定子齿的所述第一定子齿与第二定子齿之间。
6.根据权利要求1所述的定子，其中，所述开口的周向宽度等于所述多个定子齿的所述第一定子齿的周向宽度。
7.根据权利要求1所述的定子，其中，在所述多个定子齿的相邻的定子齿之间限定有槽。
8.根据权利要求7所述的定子，其中，所述开口的周向宽度等于所述槽的周向宽度。
9.一种永磁电机，包括：
电机壳体，具有沿着中心纵向轴线在第一壳体端部与第二壳体端部之间延伸的内表面；以及
定子，设置在所述电机壳体内，所述定子具有定子芯，所述定子芯具有外部表面和内部表面，所述外部表面和所述内部表面均沿着所述中心纵向轴线在第一表面与第二表面之间延伸，所述定子芯限定从所述第一表面朝向所述第二表面延伸的多个开口。
10.根据权利要求9所述的永磁电机，其中，所述外部表面限定靠近所述第一表面设置的第一凸起区域。
11.根据权利要求10所述的永磁电机，其中，所述第一凸起区域被布置为接合所述内表面。
12.根据权利要求10所述的永磁电机，其中，所述外部表面限定靠近所述第二表面设置的第二凸起区域。
13.根据权利要求12所述的永磁电机，其中，所述第二凸起区域被布置为接合所述内表面。
14.根据权利要求9所述的永磁电机，其中，所述定子芯包括从所述内部表面朝向所述中心纵向轴线径向延伸的多个定子齿。
15.根据权利要求14所述的永磁电机，其中，所述多个开口中的一开口与所述多个定子齿的第一定子齿沿周向对准。
16.根据权利要求15所述的永磁电机，其中，所述开口被布置为抑制通过所述第一定子齿传递的径向力。
17.根据权利要求14所述的永磁电机，其中，所述开口沿周向设置在所述多个定子齿的第一定子齿与第二定子齿之间。
18.根据权利要求9所述的永磁电机，其中，所述内表面限定从所述内表面朝向所述电机壳体的外表面延伸的凹陷区域。
19.根据权利要求9所述的永磁电机，其中，所述多个开口中的第一开口具有第一深度，并且所述多个开口中的第二开口具有第二深度，所述第二深度是大于或小于所述第一深度中的至少一种。
20.根据权利要求9所述的永磁电机，其中，所述多个开口围绕所述定子芯沿周向分布，在相邻的开口之间具有变化的分布角。
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