CN113572278B - 无刷电机定子和无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无刷电机定子(100)，包括：定子铁芯(10)，所述定子铁芯包括环形的轭部(11)、齿部(12)和极靴部(13；13’)；绝缘部件(20)，所述绝缘部件至少部分地包围定子铁芯的轭部和齿部；以及围绕定子铁芯的齿部设置的至少一个定子绕组(30)。定子铁芯的齿部包括与轭部成一体连接的第一端和在定子铁芯的径向上背离轭部的第二端，齿部在第二端处通过联接结构(14)与极靴部接合。本发明还涉及一种无刷电机，包括壳体以及容纳在由壳体形成的空间内的转子和前述的定子。

Description

无刷电机定子和无刷电机

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及无刷电机。

背景技术

电机是将电能转换为机械能的装置，已在各行各业得到了广泛的应用。一般而言，为了减少电机发热，需尽可能缠绕粗的铜线，为了高输出转矩，需要缠绕更多的线圈。

为此，已知两种设计方案。第一种是将定子设计为整体铁芯，这样为了满足绕线需求需要更大的槽口宽度，导致电机齿槽转矩大，影响控制精度，且铜线的槽满率低，意味着输出转矩小。

为了避免第一种设计方案中的整体铁芯的缺陷，第二种设计方案采用分块铁芯设计，例如，中国实用新型专利CN210225071U公开了一种无刷直流电动机的定子铁芯，该定子铁芯由三个铁芯瓣围绕组成。然而该设计具有以下缺点：绕线工艺复杂；需要投入大量的设备；因为使用时需要将分块铁芯拼接成正圆，拼接后外圆及内圆精度不高；另外，为了满足后续装配机壳需求，需要进行注塑以保证铁芯瓣不分离，或者需要利用专门的工装夹持来压装到机壳，因此工艺复杂且成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的无刷电机定子以及包含该定子的无刷电机，以解决前述无刷电机及其定子所具有的齿槽转矩大、输出力矩小、工艺复杂、成本高、质量难保证等问题中的至少一者。

为此，本发明的基本构思是，提供一种定子铁芯与极靴相分离的设计，使得制造定子时能够先在分离的铁芯上绕线制成定子绕组、然后再安装极靴。

根据本发明的一个方面，提供一种无刷电机定子，所述无刷电机定子包括：定子铁芯，所述定子铁芯包括环形的轭部、齿部和极靴部，绝缘部件，所述绝缘部件至少部分地包围定子铁芯的轭部和齿部，以及围绕定子铁芯的齿部设置的至少一个定子绕组，其中，定子铁芯的齿部包括与轭部成一体连接的第一端和在定子铁芯的径向上背离轭部的第二端，齿部在第二端处通过联接结构与极靴部接合。

有利的是，定子铁芯的齿部包括沿周向间隔分布的多个齿，定子铁芯的极靴部包括沿周向间隔分布的多个单独的极靴，每个极靴通过相应的联接结构与相应的齿接合。

有利的是，每个单独的极靴内侧呈圆弧形，外侧通过联接结构与相应的齿接合。

可选地，定子铁芯的极靴部是与至少一个齿接合的整体式极靴部，该整体式极靴部包括沿周向至少部分地连接的多个极靴。

有利的是，每个极靴的内侧呈圆弧形，至少一个极靴的外侧通过联接结构与相应的齿接合。

有利的是，至少两个周向相邻的极靴之间通过桥结构连接，该桥结构的宽度在0.05-1毫米的范围内。

可选地或者附加地，桥结构在定子铁芯的轴向上连续地延伸；或者，桥结构构造成具有轴向间隙因而不连续。

有利的是，联接结构为榫槽式联接结构，其中，榫结构形成在齿部第二端与极靴部中的一者上，与榫结构相配合的槽结构形成在另一者上。

有利的是，榫结构和槽结构具有呈凸凹形、燕尾形或者矩形的横截面形状。

有利的是，绝缘部件具有用于至少部分地包围轭部的轭绝缘部分、用于至少部分地包围齿部的齿绝缘部分以及用于靠近定子铁芯的齿部第二端安置的阻挡部分，定子铁芯的定子绕组能够绕设在齿绝缘部分的表面上并且在径向上布置在轭绝缘部分与阻挡部分之间。

有利的是，绝缘部件由布置在定子铁芯的轴向两端处的第一绝缘部件和第二绝缘部件组成。

可选地，绝缘部件通过包塑定子铁芯成型。

有利的是，位于周向相邻的阻挡部分之间的绝缘槽口的宽度大于位于周向相邻的极靴之间的相应铁芯槽口的宽度。

有利的是，周向相邻的极靴之间的间距在0～3毫米的范围内。

有利的是，定子铁芯包括6个、9个或者12个绕线槽。

有利的是，轭部和齿部由硅钢片堆叠并铆接而成；以及/或者极靴部由硅钢片堆叠并铆接而成。

有利的是，定子绕组由选自铜线、铝线和合金线的电磁线构成。

根据本发明的另一方面，提供一种无刷电机，包括壳体以及容纳在由壳体形成的空间内的转子和定子，其中，所述定子是前述的无刷电机定子。

与现有技术相比，本发明提供的无刷电机定子具有输出转矩大且齿槽转矩小的优点。此外，与现有的分块铁芯设计相比，本发明的无刷电机定子结构牢固，绕线工艺简单，绕线费用大大降低，而且不需要后续的包塑工艺，因此能显著节约成本。

附图说明

下面参照附图详细说明本发明的优选实施例，其中：

图1是根据本发明一个具体实施例的无刷电机定子的示意性立体图，其中无刷电机定子已经组装；

图2是图1所示的无刷电机定子的分解图；

图3示意性地示出了图1中的无刷电机定子的定子铁芯的横截面；

图4a-4d示意性地示出了根据本发明实施例的联接结构的几种构型；

图5a-5c是根据本发明一个具体实施例的单独的极靴的示意性立体图；

图6是根据本发明一个具体实施例的整体式极靴部的示意性立体图；

图7a-7c示意性地示出了根据本发明实施例的整体式极靴部的几个细节；以及

图8示意性地示出了根据本发明一个具体实施例的无刷电机定子的制造过程。

具体实施方式

下面将参照附图并通过优选实施例来描述根据本发明的无刷电机定子及包含该定子的无刷电机。

典型地，电机例如无刷电机包括壳体以及容纳在由壳体形成的空间内的转子和定子，通过转子与定子之间的磁场交互作用驱使转子相对于定子转动。

图1示出了根据本发明一个具体实施例的组装后的无刷电机定子100。该定子100包括定子铁芯10、至少部分地包围定子铁芯10的绝缘部件20 以及绕设在定子铁芯10和绝缘部件20上的定子绕组30。

在图2所示的实施例中，定子铁芯10包括环形的轭部11、从轭部11 朝着定子铁芯的内部沿径向延伸的齿部12和呈大致环形地布置的极靴部 13。

如图3所示，定子铁芯10的齿部12包括与轭部11成一体连接的第一端和在定子铁芯的径向上背离轭部11的第二端。

绝缘部件20至少部分地包围定子铁芯10的轭部11和齿部12，使得定子绕组30与定子铁芯10绝缘。

参见图2，绝缘部件20具有用于至少部分地包围轭部的轭绝缘部分201、用于至少部分地包围齿部的齿绝缘部分202以及用于靠近定子铁芯10的齿部12的第二端安置的阻挡部分203，定子铁芯的定子绕组30能够绕设在齿绝缘部分202的表面上并且在径向上布置在轭绝缘部分201与阻挡部分 203之间。

在图2所示的实施例中，绝缘部件20由布置在定子铁芯10的轴向两端处的第一绝缘部件21和第二绝缘部件22组成。

可选地，绝缘部件20也可以通过包塑定子铁芯10成型。

如图3和图5a-5c所示，定子铁芯10的齿部12可以包括沿周向间隔分布的多个齿121，定子铁芯的极靴部13包括沿周向间隔分布的多个单独的极靴131，每个极靴131通过相应的联接结构14与相应的齿121接合。每个单独的极靴131的横截面可以呈轴对称，即左右对称。极靴131的内侧呈圆弧形，外侧通过将在下文详述的联接结构14与相应的齿121接合。

相邻的齿121之间形成有绕线槽。定子绕组30围绕齿121设置并容纳在绕线槽内(参见图1)。

齿121的数量决定了绕线槽的数量。有利的是，定子铁芯包括6个、9 个或者12个绕线槽。

可以设想，绕线槽也可以是其它数量，例如5个、7个或者10个，等等。

再次参照图3，齿部12在第二端处通过联接结构14与极靴部13接合。如图3、图4a-4d和图6所示，该联接结构14可以是榫槽式联接结构。

具体而言，图4a-4d示意性地示出了榫槽式联接结构的几种构型 14a-14d。在图4a所示的构型14a中，榫结构141形成在齿部12的第二端上，而与榫结构141相配合的槽结构142形成在极靴部13中；在图4b所示的构型14b中，榫结构141’形成在极靴部13上，而与榫结构141’相配合的槽结构142’形成在齿部12的第二端中；在图4c所示的联接结构14c 中，榫结构和槽结构没有沿着轴向贯穿整个齿部的第二端和极靴部，而是分别局部地形成在两者之一上或两者之一中，只要这些局部地形成的榫槽结构能够相互匹配地接合即可；在图4d所示的构型14d中，齿部12的第二端直接作为榫结构141”与形成在极靴部13中的槽结构142”接合。

此外，图4a-4d以俯视图示意性地示出了榫槽式联接结构的细节。榫结构和槽结构可以具有呈燕尾形(参见构型14a、14b)；凸凹形(接合后不可见，参见构型14c)、或者矩形(参见构型14d)的横截面形状。

图6示出了根据本发明的定子铁芯极靴部的另一个实施例，即整体式极靴部13’，其包括沿周向至少部分地连接的多个极靴131’。每个极靴131’的内侧呈圆弧形。至少一个极靴131’的外侧通过联接结构14与相应的齿接合。

用于接合极靴131’与齿的联接结构14在定子铁芯10中的分布可以有不同的实施方式。例如，可以针对每个极靴131’都设置用于与相应的齿接合的联接结构14(参见图6)。在另外的实施例中，联接结构14也可以间隔地分布在定子铁芯10中。间隔可以是均匀的，如图7a所示，每间隔一个极靴131’布置有一组联接结构；也可以是非均匀的，只要确保整体式极靴部13’能够稳定地装配到定子铁芯上即可。

在图6所示的实施例中，每两个周向相邻的极靴131’之间通过桥结构 132连接，并且该桥结构在定子铁芯的轴向上连续地延伸。

图7b以俯视图示意性地示出了桥结构的细节。该桥结构的横向于其延伸方向的宽度可以在0.05-1毫米的范围内。

图7c示出了根据本发明的桥结构的另一个实施例，即桥结构132’。该桥结构132’构造成具有轴向间隙1321，因而是不连续的。这样的间隙在轴向上可以均匀地、也可以非均匀地分布。

定子铁芯的轭部11和齿部12可由硅钢片堆叠并铆接而成，极靴部13、 13’也可由硅钢片堆叠并铆接而成。

定子绕组30由电磁线构成，电磁线可以选自铜线、铝线和合金线。

图8示出了根据本发明一个具体实施例的无刷电机定子100的制造过程，该制造过程包括以下步骤：

步骤(a)，将第一绝缘部件、成一体的定子铁芯轭部和齿部以及第二绝缘部件沿着定子铁芯的轴向组装起来，组装之后的第一、第二绝缘部件基本上包围定子铁芯轭部和齿部；

步骤(b)，将电磁线围绕定子铁芯齿部绕制在绝缘部件的齿绝缘部分上，形成定子绕组；

步骤(c)，将极靴部布置到定子铁芯内部空间中以待安装；以及

步骤(d)，利用联接结构将极靴部接合到定子铁芯齿部的第二端上。

制成之后，周向相邻的极靴131，131’之间的间距可以在0～3毫米的范围内。在根据本发明的无刷电机定子具有整体式极靴部13’的情况下，周向相邻的极靴131’之间的间距为零。

在根据本发明的另一个实施例中无刷电机定子100具有多个单独的极靴131的情况下，在组装好该无刷电机定子以后，位于周向相邻的阻挡部分203之间的绝缘槽口102的宽度大于位于周向相邻的极靴131之间的相应铁芯槽口101的宽度，如图1和图3所示。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种组合、更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

附图标记列表

100 定子

10 定子铁芯

11 轭部

12 齿部

121 齿

13 极靴部

131 极靴

13’ 整体式极靴部

131’ 极靴

132 桥结构

132’ 桥结构

1321 轴向间隙

14 联接结构

14a 构型

141 榫结构

142 槽结构

14b 构型

141’ 榫结构

142’ 槽结构

14c 构型

14d 构型

141” 榫结构

142” 槽结构

20 绝缘部件

201 轭绝缘部分

202 齿绝缘部分

203 阻挡部分

21 第一绝缘部件

22 第二绝缘部件

30 定子绕组

101 铁芯槽口

102 绝缘槽口。

Claims (17)

1.一种无刷电机定子(100)，其特征在于，所述无刷电机定子包括：定子铁芯(10)，所述定子铁芯包括环形的轭部(11)、齿部(12)和极靴部(13；13’)，

绝缘部件(20)，所述绝缘部件至少部分地包围定子铁芯的轭部和齿部，以及

围绕定子铁芯的齿部设置的至少一个定子绕组(30)，

其中，定子铁芯的齿部包括与轭部成一体连接的第一端和在定子铁芯的径向上背离轭部的第二端，齿部在第二端处通过联接结构(14)与极靴部接合，以及

其中，定子铁芯的齿部包括沿周向间隔分布的多个齿(121)，定子铁芯的极靴部是与至少一个齿接合的整体式极靴部(13’)，该整体式极靴部包括沿周向至少部分地连接的多个极靴(131’)。

2.根据权利要求1所述的无刷电机定子，其特征在于，定子铁芯的齿部包括沿周向间隔分布的多个齿(121)，定子铁芯的极靴部包括沿周向间隔分布的多个单独的极靴(131)，每个极靴通过相应的联接结构与相应的齿接合。

3.根据权利要求2所述的无刷电机定子，其特征在于，每个单独的极靴内侧呈圆弧形，外侧通过联接结构与相应的齿接合。

4.根据权利要求1所述的无刷电机定子，其特征在于，每个极靴的内侧呈圆弧形，至少一个极靴(131’)的外侧通过联接结构与相应的齿(121)接合。

5.根据权利要求4所述的无刷电机定子，其特征在于，至少两个周向相邻的极靴(131’)之间通过桥结构(132；132’)连接，该桥结构的宽度在0.05-1毫米的范围内。

6.根据权利要求4所述的无刷电机定子，其特征在于，至少两个周向相邻的极靴之间通过桥结构(132；132’)连接，其中，桥结构(132)在定子铁芯的轴向上连续地延伸；或者桥结构(132’)构造成具有轴向间隙(1321)因而不连续。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机定子，其特征在于，联接结构为榫槽式联接结构(14)，其中，榫结构(141；141’；141”)形成在齿部第二端与极靴部(13；13’)中的一者上，与榫结构相配合的槽结构(142；142’；142”)形成在另一者上。

8.根据权利要求7所述的无刷电机定子，其特征在于，榫结构和槽结构具有呈凸凹形(14c)、燕尾形(14a；14b)或者矩形(14d)的横截面形状。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机定子，其特征在于，绝缘部件(20)具有用于至少部分地包围轭部的轭绝缘部分(201)、用于至少部分地包围齿部的齿绝缘部分(202)以及用于靠近定子铁芯的齿部第二端安置的阻挡部分(203)，定子铁芯的定子绕组(30)能够绕设在齿绝缘部分的表面上并且在径向上布置在轭绝缘部分与阻挡部分之间。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机定子，其特征在于，绝缘部件(20)由布置在定子铁芯(10)的轴向两端处的第一绝缘部件(21)和第二绝缘部件(22)组成。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机定子，其特征在于，绝缘部件通过包塑定子铁芯(10)成型。

12.根据权利要求2至6中任一项所述的无刷电机定子，其特征在于，绝缘部件(20)具有用于至少部分地包围轭部的轭绝缘部分(201)、用于至少部分地包围齿部的齿绝缘部分(202)以及用于靠近定子铁芯的齿部第二端安置的阻挡部分(203)，其中，位于周向相邻的阻挡部分(203)之间的绝缘槽口(102)的宽度大于位于周向相邻的极靴(131；131’)之间的相应铁芯槽口(101)的宽度。

13.根据权利要求2至6中任一项所述的无刷电机定子，其特征在于，周向相邻的极靴(131；131’)之间的间距在0～3毫米的范围内。

14.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机定子，其特征在于，定子铁芯(10)包括6个、9个或者12个绕线槽。

15.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机定子，其特征在于，轭部(11)和齿部(12)由硅钢片堆叠并铆接而成；以及/或者极靴部(13；13’)由硅钢片堆叠并铆接而成。

16.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机定子，其特征在于，定子绕组(30)由选自铜线、铝线和合金线的电磁线构成。

17.一种无刷电机，包括壳体以及容纳在由壳体形成的空间内的转子和定子，其特征在于，所述定子是根据权利要求1至16中任一项所述的无刷电机定子(100)。