CN111355315A - 一种定子结构、永磁电机和电器 - Google Patents

一种定子结构、永磁电机和电器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种定子结构、永磁电机和电器，所述定子结构，包括：定子齿部、定子轭部和绕组骨架；定子齿部内圆的槽口封闭，定子齿部外圆设置有开口槽；定子齿部套装固定于定子轭部内；绕组骨架嵌入定子齿部外圆的开口槽中。本发明实施例通过采用闭口槽的方式，使定子齿部和定子轭部之间铁芯相连，定转子之间气隙变得均匀，无槽口结构有效降低齿槽转矩，齿槽转矩减小，可以使电机产生振动和噪声减少，减少转速波动，使电机能够平稳运行，提高并改善电机的性能；同时将定子齿部外圆的槽口设置为开口，槽口更宽，更宽槽口利于绕线、嵌线，利于绕组骨架从外圆侧嵌入开口槽中，并能提高定子槽满率，进而提升电机功率密度。

Description

一种定子结构、永磁电机和电器
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种定子结构、永磁电机和电器。
背景技术
齿槽转矩是永磁电机永磁体与有槽电枢铁芯相互作用产生的转矩，是由永磁体与电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的，是永磁电机特有的问题之一；
齿槽转矩会使电机产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。
发明内容
为了解决现有技术中存在的齿槽转矩使电机产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能等的技术问题，本发明提供了一种定子结构、永磁电机和电器。
第一方面，本发明提供了一种定子结构，包括：定子齿部、定子轭部和绕组骨架；
所述定子齿部内圆的槽口封闭，所述定子齿部外圆设置有开口槽；
所述定子齿部套装固定于所述定子轭部内；
所述绕组骨架嵌入所述定子齿部外圆的开口槽中。
可选的，所述定子齿部的外壁设置有外螺纹，所述定子轭部的内壁设置有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹相配合。
可选的，所述定子齿部的外壁设置有外螺纹，所述定子轭部的内壁设置有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹相配合。
可选的，所述定子结构还包括：紧固环；所述紧固环分别与所述定子齿部的端面和定子轭部的端面固定。
可选的，所述紧固环上设置有第一销钉，所述定子齿部的端部设置有第一销钉孔，所述紧固环上的第一销钉的位置与所述定子齿部上的第一销钉孔的位置相配合。
可选的，所述紧固环上的第一销钉的长度与所述定子齿部上的第一销钉孔的深度相适配。
可选的，所述紧固环上设置有第二销钉，所述定子轭部的端部设置有第二销钉孔，所述紧固环上的第二销钉的位置与和所述定子轭部上的第二销钉孔的位置相配合。
可选的，所述紧固环上的第二销钉的长度与所述定子轭部上的第二销钉孔的深度相适配。
可选的，所述定子齿部的端面与所述定子轭部的端面位于同一平面上。
第二方面，本发明提供了一种永磁电机，包括：如第一方面任一所述的定子结构。
第三方面，本发明提供了一种电器，包括：如第二方面所述的永磁电机。
本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本发明实施例通过将定子齿部内圆的槽口设置为封闭，采用闭口槽的方式，使定子齿部和定子轭部之间铁芯相连，定转子之间气隙变得均匀，无槽口结构有效降低齿槽转矩，齿槽转矩减小，可以使电机产生振动和噪声减少，减少转速波动，使电机能够平稳运行，提高并改善电机的性能；将定子齿部外圆的槽口设置为开口，相比于再内圆设置开口槽，由于外圆周长更大，所以外圆处设置开口槽的槽口更宽，而且定子齿部套装固定于所述定子轭部内，通过外圆设置开口槽及齿、轭分离的结构，更宽槽口利于绕线、嵌线，利于绕组骨架从外圆侧嵌入开口槽中，并能提高定子槽满率，进而提升电机功率密度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例提供的一种定子结构的结构图；
图2为本发明一个实施例提供的一种定子齿部的结构图；
图3为本发明一个实施例提供的一种定子轭部的结构图；
图4为本发明一个实施例提供的一种定子齿部、紧固环和绕组骨架的装配结构图；
图5为本发明一个实施例提供的一种定子齿部、紧固环、绕组骨架和定子轭部的装配结构图；
图6为本发明一个实施例提供的一种紧固环的结构图。
图中：1、定子齿部，2、定子轭部，3、绕组骨架，4、内圆，5、外圆，6、开口槽，7、外螺纹，8、内螺纹，9、紧固环，10、第一销钉，11、第一销钉孔，12、第二销钉，13、第二销钉孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于齿槽转矩会使电机产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。由于齿槽转矩是由电枢开槽引起的，故槽口越大，齿槽转矩也越大；但工程实际中，槽口宽度取决于导线直径、嵌线工艺等因素。为此，本发明实施例提供的定子结构、永磁电机和电器，如图1所示，所述定子结构可以包括：定子齿部1、定子轭部2和绕组骨架3；
如图2所示，所述定子齿部1的内圆4的槽口封闭，所述定子齿部1的外圆5设置有开口槽6；
所述定子齿部1套装固定于所述定子轭部2内；定子齿部1与定子轭部2同轴固定。
所述绕组骨架3嵌入所述定子齿部1的外圆5的开口槽6中。
本发明实施例通过将定子齿部1的内圆4的槽口设置为封闭，采用闭口槽的方式，使定子齿部1和定子轭部2之间铁芯相连，定转子之间气隙变得均匀，无槽口结构有效降低齿槽转矩，齿槽转矩减小，可以使电机产生振动和噪声减少，减少转速波动，使电机能够平稳运行，提高并改善电机的性能；将定子齿部1的外圆5的槽口设置为开口，相比于在内圆4设置开口槽6，由于外圆5周长更大，所以外圆5处设置开口槽6的槽口更宽，而且定子齿部1套装固定于所述定子轭部2内，通过外圆5设置开口槽6及齿、轭分离的结构，更宽槽口利于绕线、嵌线，利于绕组骨架3从外圆5侧嵌入开口槽6中，并能提高定子槽满率，进而提升电机功率密度。
在本发明的又一实施例中，如图2所示，所述定子齿部1的外壁设置有外螺纹7，如图3所示，所述定子轭部2的内壁设置有内螺纹8，所述外螺纹7与所述内螺纹8相配合。
本发明的定子齿部1和定子轭部2采用螺纹连接，方便二者进行装配，装配更加简便、高效。
由于在实际应用中，定子轭部2与机壳紧配，定子齿部1在电磁力作用下会与定子轭部2发生相对转动，为此，在本发明的又一实施例中，所述定子结构还包括：紧固环9；如图4和图5所示，所述紧固环9分别与所述定子齿部1的端面和定子轭部2的端面固定。
通过使用紧固环9，由于紧固环9分别与定子齿部1的端面和定子轭部2的端面固定，所以紧固环9可以使定子齿部1和定子轭部2之间相对固定，避免定子齿部1和定子轭部2之间发生相对转动。
在本发明的又一实施例中，如图6所示，所述紧固环9上设置有第一销钉10，所述定子齿部1的端部设置有第一销钉孔11，所述紧固环9上的第一销钉10的位置与所述定子齿部1上的第一销钉孔11的位置相配合。
本发明实施例通过将紧固环9上的第一销钉10插入定子齿部1的端部的第一销钉孔11中，通过插销配合，实现紧固环9与定子齿部1的固定。
在本发明的又一实施例中，所述紧固环9上的第一销钉10的长度与所述定子齿部1上的第一销钉孔11的深度相适配。
本发明实施例通过将第一销钉和第一销钉孔设置为相适配的长度与深度，实现第一销钉和第一销钉孔之间的紧密配合，第一销钉和第一销钉孔之间的固定更加稳固。
在本发明的又一实施例中，如图6所示，所述紧固环9上设置有第二销钉12，所述定子轭部2的端部设置有第二销钉孔13，所述紧固环9上的第二销钉12的位置与和所述定子轭部2上的第二销钉孔13的位置相配合。
本发明实施例通过将紧固环9上的第二销钉插入定子齿部1的端部的第二销钉孔中，通过插销配合，实现紧固环9与定子齿部1的固定。
在本发明的又一实施例中，所述紧固环9上的第二销钉12的长度与所述定子轭部2上的第二销钉孔13的深度相适配。
本发明实施例通过将第二销钉和第二销钉孔设置为相适配的长度与深度，实现第二销钉和第二销钉孔之间的紧密配合，第二销钉和第二销钉孔之间的固定更加稳固。
在本发明的又一实施例中，所述定子齿部1的端面与所述定子轭部2的端面位于同一平面上。
本发明实施例通过使定子齿部1的端面与所述定子轭部2的端面位于同一平面上，使得定子齿部1与紧固环9之间的固定更加稳固，同时使得定子轭部2与紧固环9之间的固定更加稳固，进而使得定子齿部1与定子轭部2之间的固定更加稳固，而且，定子齿部1的端面与所述定子轭部2的端面位于同一平面上，还可以更加便于计算和设置第一销钉和第二销钉的长度，同时更加便于计算和设置第一销钉孔和第二销钉孔的深度。
本发明将定子齿部1的内圆4的槽口设置为封闭，也即：定子齿部1的内圆4设置闭口槽，通过设置闭口槽可有效降低齿槽转矩，根据永磁电机的齿槽转矩解析表达式：
Figure BDA0002407362360000071
其中z为槽数，2p为极数，La为铁芯长度，R1和R2分别为转子轭外半径和定子内半径，n为使nz/2p为整数的整数。在定转子相对位置变化一个齿距的范围内，齿槽转矩是周期性变化的，变化的周期数为极数、槽数与极数最大公约数的比值，即：
Figure BDA0002407362360000072
其中，Np为齿槽转矩周期数，GCD(z,2p)表示槽数z与极数2p的最大公约数。齿槽转矩幅值主要取决于
Figure BDA0002407362360000073
其中n1等于周期数NP，周期数越多，n1越大，对应的
Figure BDA0002407362360000074
越小，因而齿槽转矩幅值越小。当电机极数一定时，增加电机槽口数，相当于增加齿槽转矩周期数，从而降低了齿槽转矩。闭口槽定子齿部1相当于增加电机的槽口数趋于无穷多，因此可以有效降低电机的齿槽转矩。
在实际应用中，可以根据电机尺寸，设计定子齿部1、定子轭部2的内、外径尺寸与定子高度尺寸；电机功率决定电机尺寸，同时也就限定的定子铁芯的尺寸。
定子齿部1的槽口用于放置电机绕组，电机绕组决定电机转速、转矩，绕组的关键参数为线径、匝数；因此在定子铁芯尺寸确定的情况下，要满足目标转速、转矩，使绕组导体的截面积与槽口面积成一定比例，则需要设计槽口的尺寸。
根据电机转矩、转速要求，选择电机槽极数配合，电机的定子槽数、转子极数配合决定了永磁电机的齿槽转矩，具体数值关系如齿槽转矩解析表达式所示；另，永磁同步电机同步转速为n1＝60f/p，其中f为电机供电频率，p为电机极对数，电机极对数是影响电机转速的因素之一。
根距电机尺寸，设计定子齿部1、轭部螺纹的螺距、牙型、旋向；根据电机传递转矩大小，设计定子齿部1与定子轭部2销孔尺寸、紧固环9上的销柱尺寸。螺距为相邻两螺纹之间的距离，螺距＝定子的高度尺寸/螺纹数量；再根据螺距大小确定粗牙螺纹还是细牙螺纹；螺纹旋向一般以右旋最为常用。定子齿部1铁芯受电磁转矩的作用会与定子轭部2发生相对运动，因此销柱与紧固环9之间要有足够的抗剪切能力，设计销孔尺寸、紧固环销柱尺寸以满足结构强度。
在本发明的又一实施例中，还提供一种永磁电机，包括：如前述实施例所述的定子结构。
在本发明的又一实施例中，还提供一种电器，包括：如前述实施例所述的永磁电机。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种定子结构，其特征在于，包括：定子齿部、定子轭部和绕组骨架；
所述定子齿部内圆的槽口封闭，所述定子齿部外圆设置有开口槽；
所述定子齿部套装固定于所述定子轭部内；
所述绕组骨架嵌入所述定子齿部外圆的开口槽中。
2.根据权利要求1所述的定子结构，其特征在于，所述定子齿部的外壁设置有外螺纹，所述定子轭部的内壁设置有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹相配合。
3.根据权利要求1所述的定子结构，其特征在于，所述定子结构还包括：紧固环；所述紧固环分别与所述定子齿部的端面和定子轭部的端面固定。
4.根据权利要求3所述的定子结构，其特征在于，所述紧固环上设置有第一销钉，所述定子齿部的端部设置有第一销钉孔，所述紧固环上的第一销钉的位置与所述定子齿部上的第一销钉孔的位置相配合。
5.根据权利要求4所述的定子结构，其特征在于，所述紧固环上的第一销钉的长度与所述定子齿部上的第一销钉孔的深度相适配。
6.根据权利要求3所述的定子结构，其特征在于，所述紧固环上设置有第二销钉，所述定子轭部的端部设置有第二销钉孔，所述紧固环上的第二销钉的位置与和所述定子轭部上的第二销钉孔的位置相配合。
7.根据权利要求3所述的定子结构，其特征在于，所述紧固环上的第二销钉的长度与所述定子轭部上的第二销钉孔的深度相适配。
8.根据权利要求1所述的定子结构，其特征在于，所述定子齿部的端面与所述定子轭部的端面位于同一平面上。
9.一种永磁电机，其特征在于，包括：如权利要求1-8任一所述的定子结构。
10.一种电器，其特征在于，包括：如权利要求9所述的永磁电机。
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