CN113595289B - 定子铁芯、定子组件和电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子铁芯、定子组件和电机，定子铁芯包括本体，本体具有转子孔和多个定子槽，多个定子槽沿转子孔的周向间隔排布，每个定子槽适于容纳多层沿径向排布的定子绕组，每个定子槽的槽口高度为H，每层定子绕组的宽度为L，H和L满足：H＞L。根据本发明的定子铁芯，通过构造槽口高度H大于每层定子绕组的宽度L，既可以利用定子槽的延伸调节收缩转子孔的收容空间，进而增大转子孔与定子绕组的距离，以降低转子产生的磁场经过定子绕组的磁场强度，又可以增大槽口处的空气填充区域，降低转子产生的磁场在槽口处的磁场强度，从而减小定子绕组与转子磁场感应产生的交变电流，以减小集肤效应，进而降低定子绕组交流损耗。

Description

定子铁芯、定子组件和电机

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其是涉及一种定子铁芯、定子组件和电机。

背景技术

相关技术中，电机在工作的过程中，电机的定子绕组产生较大的集肤效应，特别是接近定子槽口处的定子绕组集肤效应大，从而增大了损耗。相关技术中有采用增加定子绕组层数的方式以降减少集肤效应，然而该方式增加了工艺的难度和复杂度，且增加了绝缘不良风险。

发明内容

本发明提出一种定子铁芯，所述定子铁芯的集肤效应低，交流损耗少。

本发明还提出一种定子组件，所述定子组件具有上述的定子铁芯。

本发明又提出一种电机，所述电机具有上述的定子组件。

根据本发明第一方面实施例的定子铁芯，所述定子铁芯包括：本体，所述本体具有转子孔和多个定子槽，多个所述定子槽沿所述转子孔的周向间隔排布，相邻两个所述定子槽之间通过定子齿隔开，每个所述定子槽与所述转子孔连通，每个所述定子槽适于容纳多层沿径向排布的定子绕组，每个所述定子槽的槽口高度为H，每层所述定子绕组的宽度为L，所述H和所述L满足：H＞L，所述定子绕组的宽度是指所述定子绕组在所述本体的径向方向上的尺寸。

根据本发明实施例的定子铁芯，通过构造槽口高度H大于每层定子绕组的宽度L，既可以使槽口在定子槽的径向方向上朝向转子孔具有较大的延伸长度，从而可以利用定子槽的延伸调节收缩转子孔的收容空间，进而增大转子孔与定子绕组的距离，以降低转子产生的磁场经过定子绕组的磁场强度，又可以增大槽口处的空气填充区域，利用空气磁导率低的特点，降低转子产生的磁场在槽口处的磁场强度，从而减小定子绕组与转子磁场感应产生的交变电流，以减小集肤效应，进而降低定子绕组的交流损耗。由此，可以在不增加定子绕组层数和工艺难度的前提下，可以减少集肤效应，降低定子绕组的交流损耗，同时可以避免过多层数的定子绕组容易引起绝缘不良的问题。

在一些实施例中，L＜H≤2L。

在一些实施例中，所述槽口在周向方向上的至少一个侧壁上形成有凹槽。

在一些实施例中，所述槽口在周向方向上的两个侧壁上均形成有至少一个所述凹槽。

在一些实施例中，所述槽口在周向方向上的两个侧壁上均形成有所述凹槽，位于所述槽口在周向方向上的两个侧壁上的所述凹槽沿所述定子槽的中心线对称。

在一些实施例中，所述定子槽适于容纳所述定子绕组的部分为主体槽，所述定子槽在周向方向上的侧壁包括相连的主体侧壁和槽口侧壁，所述主体侧壁为所述主体槽在周向方向上的侧壁，所述槽口侧壁为所述槽口在周向方向上的侧壁，形成在所述槽口侧壁上的所述凹槽的底壁最低处位于对应的所述主体侧壁所在平面的邻近所述定子槽的中心的一侧。

在一些实施例中，所述凹槽在径向方向上的开口宽度为W，所述W满足：1/3H≤W≤1/2H。

在一些实施例中，所述凹槽在参考面上的投影为弧形、U形或V形，所述参考面垂直于所述本体的中心轴线。

根据本发明第二方面实施例的定子组件，所述定子组件包括根据本发明上述第一方面实施例的定子铁芯和定子绕组，每个所述定子槽内设有多层沿径向排布的所述定子绕组。

根据本发明实施例的定子组件，通过设置上述的定子铁芯，通过构造槽口高度H大于每层定子绕组的宽度L，既可以使槽口在定子槽的径向方向上朝向转子孔具有较大的延伸长度，从而可以利用定子槽的延伸调节收缩转子孔的收容空间，进而增大转子孔与定子绕组的距离，以降低转子产生的磁场经过定子绕组的磁场强度，又可以增大槽口处的空气填充区域，利用空气磁导率低的特点，降低转子产生的磁场在槽口处的磁场强度，从而减小定子绕组与转子磁场感应产生的交变电流，以减小集肤效应，进而降低定子绕组的交流损耗。

在一些实施例中，每个所述定子槽中具有多个槽层，所述定子绕组包括多个U形导体段，每个所述U形导体段包括头部和分别连接至所述头部的第一支腿和第二支腿，所述第一支腿穿过其中一个所述定子槽中的其中一个所述槽层，所述第二支腿穿过另一个所述定子槽中的其中一个所述槽层，所述第一支腿和所述第二支腿穿过所述定子槽后其端部超出所述定子铁芯。

可选地，所述U形导体段的垂直于其延伸方向的任一横截面均为矩形形状。

根据本发明实施例的电机，所述电机包括根据本发明上述第二方面实施例的定子组件和转子组件，所述转子组件可转动地设于所述转子孔内。

根据本发明实施例的电机，通过设置上述的定子组件，通过构造槽口高度H大于每层定子绕组的宽度L，既可以使槽口在定子槽的径向方向上朝向转子孔具有较大的延伸长度，从而可以利用定子槽的延伸调节收缩转子孔的收容空间，进而增大转子孔与定子绕组的距离，以降低转子产生的磁场经过定子绕组的磁场强度，又可以增大槽口处的空气填充区域，利用空气磁导率低的特点，降低转子产生的磁场在槽口处的磁场强度，从而减小定子绕组与转子磁场感应产生的交变电流，以减小集肤效应，进而降低定子绕组的交流损耗，同时可以避免过多层数的定子绕组容易引起绝缘不良的问题。

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是根据本发明实施例的定子组件的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的定子铁芯的部分结构示意图；

图3是图2中A部分的放大图。

附图标记：

定子组件1；

定子铁芯100；

本体10；转子孔11；定子槽12；槽口121；主体槽122；凹槽1211；槽肩123；

定子齿13；定子绕组14；U形导体段20；发卡端I；焊接端II。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的定子铁芯100。需要说明的是，定子铁芯100常应用于发电机或电机，当定子铁芯100作为发电机的定子组件1的部分结构时，定子组件1可以通过与转动的转子的电磁感应，在定子组件1上产生感应电流，以进行电力输出；当定子组件1作为电机的定子组件1部分结构时，定子组件1可以通入电流以产生电磁场，该电磁场可以驱动转子转动，以进行动力输出。本发明的定子铁芯100应用于电机中的定子组件1。

如图1-图3所示，定子组件1包括定子铁芯100和定子绕组14，定子铁芯100上具有多个定子槽12，每个定子槽12中具有多个槽层，定子绕组14包括多个U形导体段20。每个U形导体段20包括头部和分别连接至头部的第一支腿和第二支腿，第一支腿穿过其中一个定子槽12中的其中一个槽层，第二支腿穿过另一个定子槽12中的其中一个槽层，第一支腿和第二支腿穿过定子槽12后其端部超出定子铁芯100。

U形导体段20的垂直于其延伸方向的任一横截面均为矩形形状。可选地，U形导体段20的任一横截面为长方形形状。

多个U形导体段20中的头部所在一端为定子绕组14的发卡端I、且第一支腿和第二支腿的端部所在一端称为定子绕组14的焊接端II，焊接端II是由多个U形导体段20的第一支腿和与其相邻的U形导体段20的第二支腿依次焊接形成。

根据本发明实施例的定子铁芯100，定子铁芯100包括本体10，本体10具有转子孔11和多个定子槽12，多个定子槽12沿转子孔11的周向间隔排布，相邻两个定子槽12之间通过定子齿13隔开。可以理解的是，多个沿转子孔11周向分布的定子槽12间隔设置有多个定子齿13，且多个定子齿13沿转子孔11的周向间隔分布。

如图2、图3所示，每个定子槽12与转子孔11连通，且每个定子槽12适于容纳多层(例如六层)沿径向排布的定子绕组14。可以理解的是，通过设置定子槽12与转子孔11连通，可以使定子槽12与转子孔11之间的无需设置间隔结构，从而在定子铁芯100体积一定的情况下，增大定子槽12的收容空间，进而可以使定子槽12尽可能多的收容定子绕组14，以增大定子铁芯100的功率。

具体而言，定子槽12用于收容定子绕组14，定子齿13可以作为定子绕组14在缠绕时的支撑结构，用以为定子绕组14提供支撑，通过在多个定子齿13上缠绕定子绕组14，可以使多个定子槽12内均填充有定子绕组14，以使定子绕组14环绕包围转子孔11。例如定子铁芯10000应用于电机时，转子孔11内设有转子，定子绕组14通入电流后，定子绕组14形成的电磁场可以驱动转子运动。

如图3所示，每个定子槽12的槽口121高度为H，每层定子绕组14的宽度为L，H和L满足：H＞L，定子绕组14的宽度是指定子绕组14在本体10的径向方向上的尺寸，如图3所示，槽口高度121的高度是指槽口121在本体10的径向方向上的延伸尺寸。由此，通过构造槽口121高度H大于每层定子绕组14的宽度L，可以使槽口121在转子孔11的径向方向上朝向转子孔11具有较大的延伸长度，从而可以利用定子槽12的延伸调节收缩转子孔11的收容空间，进而增大转子孔11与定子绕组14的距离，以降低转子产生的磁场经过定子绕组14的磁场强度，从而减小定子绕组14与转子磁场感应产生的交变电流，以减小集肤效应，进而降低外部通入电流的消耗。

例如，如图2所示，定子铁芯100限定出转子孔11，转子孔11位于定子铁芯100的内侧，定子槽12排布于转子孔11的外周，且定子槽12的槽口121邻近转子孔11并朝向转子孔11敞开，定子槽12为沿转子孔11径向方向延伸的收容腔，任意一个定子槽12内均沿本体10的径向排列有六层定子绕组14。

另外，需要说明的是，槽口121处被空气填充，且空气的磁导率较低，通过增大槽口121高度，可以提高槽口121处的空气填充区域，从而可以降低转子产生的磁场在槽口121处的磁场强度，进而可以进一步降低靠近槽口121处的定子绕组14的集肤效应。

根据本发明实施例的定子铁芯100，通过构造槽口121的高度H大于每层定子绕组14的宽度L，既可以使槽口121在转子孔11的径向方向上朝向转子孔11具有较大的延伸长度，从而可以利用定子槽12的延伸调节收缩转子孔11的收容空间，进而增大转子孔11与定子绕组14的距离，以降低转子产生的磁场经过定子绕组14的磁场强度，又可以增大槽口121处的空气填充区域，利用空气磁导率低的特点，降低转子产生的磁场在槽口121处的磁场强度，从而减小定子绕组14与转子磁场感应产生的交变电流，以减小集肤效应，进而降低定子绕组14的交流损耗。由此，可以在不增加定子绕组14层数和工艺难度的前提下，可以减少集肤效应，降低定子绕组14的交流损耗，同时可以避免过多层数的定子绕组14容易引起绝缘不良的问题。

根据本发明的一些实施例，如图3所示，H和L进一步满足：L＜H≤2L。例如，H的数值可以为1.2L，1.5L，或1.8L。由此，可以根据定子铁芯100的体积、转子型号的要求和定子绕组14的型号，调整槽口121高度H与定子绕组14宽度L的倍数关系，从而在降低定子铁芯100集肤效应的同时，满足定子铁芯100工作需求，避免定子铁芯100体积过大，降低成本。

如图2、图3所示，根据本发明的一些实施例，定子槽12的槽口121在周向方向上的至少一个侧壁上形成有凹槽1211。例如，槽口121的周向方向上的其中一个侧壁上形成有凹槽1211，或者，槽口121周向方向上的两个侧壁上均可以形成有凹槽1211。需要说明的是，槽口121处的磁场可以看作一个旋转的力波，该旋转力波可以引起定子铁芯100发生变形或周期性振动。通过在槽口121的侧壁上构造出凹槽1211，可以利用凹槽1211分散力波的传播路径，从而削弱力波，降低整机的运行噪音。

另外，凹槽1211还可以增大槽口121处的空气填充空间，从而利用空气磁导率低的特点，降低槽口121处的磁场强度，进一步降低靠近槽口121处的定子绕组14的集肤效应，从而进一步地降低交流损耗。

在一些实施例中，如图3所示，槽口121在周向方向上的两个侧壁上均可以形成有至少一个凹槽1211。例如，槽口121在周向方向上的两个侧壁上的任意一个侧壁均形成有一个或多个凹槽1211。由此，可以通过设置合理数量的凹槽1211，既可以降低整机的运行噪音，又可以保证定子铁芯100的结构强度。例如，如图3所示，槽口121在周向方向上的两个侧壁上均形成一个凹槽1211。

另外，多个凹槽1211的设置可以提高凹槽1211削弱力波的可靠性。例如，当多个凹槽1211中的任意一个凹槽1211出现变形时，其余的凹槽1211依然可以分散力波传播，削弱力波。

进一步地，槽口121在周向方向上的两个侧壁上均形成有凹槽1211，位于槽口121在周向方向上的两个侧壁上的凹槽1211沿定子槽12的中心线对称。通过将位于槽口121在周向方向上的两个侧壁上的凹槽1211沿定子槽12的中心线对称设置，为了磁路对称，而且兼顾转子正转和反转的磁路变化。

如图3所示，根据本发明的一些实施例，定子槽12适于容纳定子绕组14的部分为主体槽122，定子槽12在周向方向上的侧壁包括相连的主体侧壁和槽口侧壁，主体侧壁为主体槽122在周向方向上的侧壁，槽口侧壁为槽口121在周向方向上的侧壁，形成在槽口侧壁上的凹槽1211的底壁最低处位于对应的主体侧壁所在平面的邻近定子槽12的中心的一侧。例如，在垂直于定子槽12的径向延伸方向上(如图3所示的“a-b”方向)，定子槽12的中心轴线至最低点的垂直距离小于定子槽12的中心至主体侧壁的垂直距离。由此，可以在利用凹槽1211降低力波的同时，降低凹槽1211的开设对定子齿13的结构强度的影响，保证定子铁芯100的结构强度。

如图3所示，主体侧壁上与槽口侧壁的连接处具有槽肩123，槽肩123朝向靠近定子槽12的中心方向延伸，可以理解的是，槽肩123可以作为定子绕组14的限位结构，当定子绕组14紧密排布在定子槽12内时，槽肩123朝向主体槽122的侧壁可以与靠近槽口121的定子绕组14止抵，从而避免定子绕组14在定子绕组14的排布方向上发生偏移或滑动。

为便于理解对槽口121的高度H的定义，如图3所示，在主体10的径向方向上，槽肩123与槽口侧壁的接触点到槽口121朝向转子孔11敞开端的距离可以看作槽口121的高度。

如图3所示，根据本发明的一些实施例，凹槽1211在径向方向上的开口宽度为W，W满足：1/3H≤W≤1/2H。由此，可以根据定子铁芯100的实际降噪需求，调整凹槽1211在径向方向上的开口宽度W的数值，从而提高凹槽1211的降噪性能，提升定子铁芯100的结构强度。

如图3所示，根据本发明的一些实施例，凹槽1211在参考面上的投影可以为弧形、U形或V形，参考面垂直于本体10的中心轴线。通过将凹槽1211构造成弧形、U形或V形，可以在单位空间内使凹槽1211限定有较大的敞开空间，以增大空气在槽口121处的填充区域，从而进一步降低转子的磁场在槽口121处的磁场强度，进而提高凹槽1211减小定子铁芯100集肤效应的效果。并且，使得凹槽1211的结构简单、易于加工。

如图1所示，根据本发明实施例的定子组件1，包括上述的定子铁芯100和定子绕组14。每个定子槽12内设有多层沿径向排布的定子绕组14。

根据本发明实施例的定子组件1，通过构造槽口121高度H大于每层定子绕组14的宽度L，既可以使槽口121在定子槽12的径向方向上朝向转子孔11具有较大的延伸长度，从而可以利用定子槽12的延伸调节收缩转子孔11的收容空间，进而增大转子孔11与定子绕组14的距离，以降低转子产生的磁场经过定子绕组14的磁场强度，又可以增大槽口121处的空气填充区域，利用空气磁导率低的特点，降低转子产生的磁场在槽口121处的磁场强度，从而减小定子绕组14与转子磁场感应产生的交变电流，以减小集肤效应，进而降低外部通入电流的消耗。

如图2、图3所示，根据本发明的一些实施例，每层定子绕组14为扁线导体。可以理解的是，在定子绕组14排时，扁线导体之间间隙较小，从而可以提高定子绕组14的排布密度，以提高定子槽12的填充度，进而可以在定子槽12收容空间一定时，增加定子绕组14的数量，以提高定子组件1的功率。另外，扁线导体之间的接触面积较大，从而可以提高定子绕组14的散热能力。

根据本发明实施例的电机，包括上述的定子组件1和转子组件。转子组件可转动地设于转子孔11内。需要说明的是，电机在工作过程中，定子绕组14接入电流后可以产生电磁场，电磁场可以与转子组件发生磁力感应，以驱动转子组件转动，进而实现电机的动力输出。

根据本发明实施例的电机，通过构造槽口121的高度H大于每层定子绕组14的宽度L，既可以使槽口121在转子孔11的径向方向上朝向转子孔11具有较大的延伸长度，从而可以利用定子槽12的延伸调节收缩转子孔11的收容空间，进而增大转子孔11与定子绕组14的距离，以降低转子产生的磁场经过定子绕组14的磁场强度，又可以增大槽口121处的空气填充区域，利用空气磁导率低的特点，降低转子产生的磁场在槽口121处的磁场强度，从而减小定子绕组14与转子磁场感应产生的交变电流，以减小集肤效应，进而降低定子绕组14的交流损耗。由此，可以在不增加定子绕组14层数和工艺难度的前提下，可以减少集肤效应，降低定子绕组14的交流损耗，同时可以避免过多层数的定子绕组14容易引起绝缘不良的问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“周向”、“径向”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元件必须具有特定的方位、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。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者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示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种定子铁芯，其特征在于，包括：

本体，所述本体具有转子孔和多个定子槽，多个所述定子槽沿所述转子孔的周向间隔排布，相邻两个所述定子槽之间通过定子齿隔开，每个所述定子槽与所述转子孔连通，每个所述定子槽适于容纳多层沿径向排布的定子绕组，每个所述定子槽的槽口高度为H，每层所述定子绕组的宽度为L，所述H和所述L满足：H＞L，所述定子绕组的宽度是指所述定子绕组在所述本体的径向方向上的尺寸；

其中，所述定子槽适于容纳所述定子绕组的部分为主体槽，在所述本体的径向方向上所述槽口位于所述主体槽的邻近所述转子孔的一侧，所述槽口邻近转子孔并朝向转子孔敞开，所述槽口处被空气填充；所述定子槽在所述本体的周向方向上的侧壁包括相连的主体侧壁和槽口侧壁，所述主体侧壁为所述主体槽在所述本体的周向方向上的侧壁，所述槽口侧壁为所述槽口在所述本体的周向方向上的侧壁，所述主体侧壁与所述槽口侧壁的连接处具有槽肩，所述槽肩朝向所述主体槽的侧壁适于与所述定子绕组止抵；所述槽口高度是指所述槽口在所述本体的径向方向上的延伸尺寸，在所述本体的径向方向上，所述槽肩与所述槽口侧壁的接触点到所述槽口朝向所述转子孔的敞开端的距离为所述槽口的高度。

2.根据权利要求1所述的定子铁芯，其特征在于，L＜H≤2L。

3.根据权利要求1或2所述的定子铁芯，其特征在于，所述槽口在周向方向上的至少一个侧壁上形成有凹槽。

4.根据权利要求3所述的定子铁芯，其特征在于，所述槽口在周向方向上的两个侧壁上均形成有至少一个所述凹槽。

5.根据权利要求4所述的定子铁芯，其特征在于，所述槽口在周向方向上的两个侧壁上均形成有所述凹槽，位于所述槽口在周向方向上的两个侧壁上的所述凹槽沿所述定子槽的中心线对称。

6.根据权利要求3所述的定子铁芯，其特征在于，形成在所述槽口侧壁上的所述凹槽的底壁最低处位于对应的所述主体侧壁所在平面的邻近所述定子槽的中心的一侧。

7.根据权利要求3所述的定子铁芯，其特征在于，所述凹槽在径向方向上的开口宽度为W，所述W满足：1/3H≤W≤1/2H。

8.根据权利要求3所述的定子铁芯，其特征在于，所述凹槽在参考面上的投影为弧形、U形或V形，所述参考面垂直于所述本体的中心轴线。

9.一种定子组件，其特征在于，包括：

定子铁芯，所述定子铁芯为根据权利要求1-8中任一项所述的定子铁芯；

定子绕组，每个所述定子槽内设有多层沿径向排布的所述定子绕组。

10.根据权利要求9所述的定子组件，其特征在于，每个所述定子槽中具有多个槽层，所述定子绕组包括多个U形导体段，每个所述U形导体段包括头部和分别连接至所述头部的第一支腿和第二支腿，所述第一支腿穿过其中一个所述定子槽中的其中一个所述槽层，所述第二支腿穿过另一个所述定子槽中的其中一个所述槽层，所述第一支腿和所述第二支腿穿过所述定子槽后其端部超出所述定子铁芯。

11.根据权利要求10所述的定子组件，其特征在于，所述U形导体段的垂直于其延伸方向的任一横截面均为矩形形状。

12.一种电机，其特征在于，包括：

定子组件，所述定子组件为根据权利要求9-11中任一项所述的定子组件；

转子组件，所述转子组件可转动地设于所述转子孔内。

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