CN113937914A - 一种采用复合材料的径向磁通定子铁心 - Google Patents

Abstract

本发明属于定子结构设计技术领域，涉及一种采用复合材料的径向磁通定子铁心，包括：定子轭部，多个导磁连接体、导磁夹芯、导磁内芯和磁性槽楔。导磁内芯引导导磁夹芯形成合适的形状，导磁夹芯采用非晶合金带材绕制而成。导磁内芯和导磁夹芯组合后，粘接于导磁连接体的深槽结构内部。多个导磁连接体的固定槽与定子轭部的槽孔进行装配连接。磁性槽楔推入相邻的导磁连接体的槽楔孔内。本发明的径向磁通定子铁心，充分利用非晶合金材料的低铁耗、软磁材料的高可塑性和传统硅钢材料的高饱和磁密的优势，将定子铁心的齿部进行了模块化的设计，可以实现自动绕线，提高了劳动生产率。

Description

一种采用复合材料的径向磁通定子铁心

技术领域

本发明属于定子结构设计技术领域，涉及一种采用复合材料的径向磁通定子铁心。

背景技术

随着能源危机的到来，对于节能高效的电机需求更为迫切。非晶合金材料相比于传统的硅钢材料具有厚度薄、电阻率高和相对磁导率高的特点。当非晶合金材料为最初制备的带材时，损耗仅为传统硅钢材料的1/5～1/8，从而将非晶合金材料应用于电机定子铁心的制造后，可以显著增加电机的效率，达到节能的效果。但是，非晶合金材料受应力影响显著，特别是采用激光切割、电火花切割或水射流切割等工艺，会造成非晶合金材料的晶化，从而使得非晶合金材料制作成定子铁心后，非晶合金材料的低铁耗优势大为削弱。

软磁材料是由表面带有绝缘的金属粉末颗粒压制而成，设计合适的模具对软磁材料进行压制，可以达到比传统硅钢材料更为丰富的拓扑结构。但是软磁材料与硅钢材料相比，具有饱和磁密低、磁导率低和磁滞损耗大的特点，所以对于低铁耗定子铁心的设计来说，使用软磁材料的占比不应太大。

目前，针对复合材料定子铁心的相关专利可分为以下几类：1、采用单一的软磁复合材料制造定子铁心(参考中国专利号CN202010537790.2)；2、定子上涂附复合软磁材料(参考中国专利号CN201910652439.5)；3、采用非晶合金和硅钢带材卷绕制成复合材料定子铁心(参考中国专利号CN201611253857.X)；上述专利均未提及到采用非晶合金、软磁材料和硅钢材料制成的径向磁通定子铁心。

发明内容

本发明的技术方案是：充分发挥非晶合金材料低铁耗、软磁材料可塑性好以及硅钢材料饱和磁密高的优点，且具有成本低和技术成熟的优势，设计了一种采用复合材料的径向磁通定子铁心，从而降低定子铁耗，提高电机的运行效率，具体技术方案如下：

一种采用复合材料的径向磁通定子铁心，包括：定子轭部1、若干导磁连接体2、若干导磁夹芯3、若干导磁内芯4和若干磁性槽楔5；

所述定子轭部1为筒状结构，在所述定子轭部1的内周均布设置有若干个向内凹陷的槽孔6；

所述若干槽孔6的开孔走向沿定子轭部1的轴向平行设置，且贯穿定子轭部1的顶端和底端；

在所述若干导磁连接体2为长方体，所述若干导磁连接体(2)的高度根据电磁设计确定，沿导磁连接体2的高度方向设有与所述槽孔6相配合的固定长凸台7；在所述导磁连接体2上，与所述固定长凸台7相对的另一面上设有深槽结构；

所述若干导磁连接体2通过其各自的固定长凸台7分别嵌入装配到定子轭部1的若干槽孔6中；

在所述导磁连接体2的两侧靠近上方的位置分别设置槽楔孔8；

所述若干磁性槽楔5为具有导磁能力的两端外凸的条状体，所述若干磁性槽楔5由电磁设计决定；

在相邻的两个导磁连接体2之间设有1个磁性槽楔5；

所述磁性槽楔5的两端分别嵌入装配于相邻的两个导磁连接体2的槽楔孔8中，以便封住绕组；

所述导磁夹芯3为柱体，柱体的外形与导磁连接体2的深槽结构相配合；所述导磁夹芯3的高度与导磁连接体2的深槽结构的深度相同；所述若干导磁夹芯3分别嵌入装配于若干导磁连接体2的深槽结构中；

在所述导磁夹芯3露出所述深槽结构的表面设有沿高度方向的窄槽；

所述导磁内芯4为平板，所述导磁内芯4的长度与所述导磁夹芯3的窄槽的槽长相同；所述导磁内芯4的宽度与所述导磁夹芯3的窄槽的槽深相同；

所述若干导磁内芯4分别嵌入装配于所述导磁夹芯3的窄槽中。

在上述技术方案的基础上，所述定子轭部1包括：若干层硅钢片，所述若干层硅钢片作为定子轭部1的横截面；

所述定子轭部1由所述若干层硅钢片沿轴向叠压而成。

在上述技术方案的基础上，所述导磁连接体2由软磁材料压制而成。

在上述技术方案的基础上，所述导磁夹芯3由非晶合金带材沿着所述导磁内芯4进行绕制而成。

在上述技术方案的基础上，所述非晶合金带材经过层层叠压紧密后，再依次进行退火、浸漆和整形固化，最后形成导磁夹芯3。

在上述技术方案的基础上，所述导磁内芯4由软磁材料压制而成。

在上述技术方案的基础上，所述导磁内芯4包括：若干层硅钢片；所述导磁内芯4由所述若干层硅钢片沿轴向叠压而成。

在上述技术方案的基础上，对所述若干层硅钢片依次进行退火、浸漆和整形固化，最后形成导磁内芯4。

在上述技术方案的基础上，首先将导磁内芯4和导磁夹芯3的涂上粘接胶，初步粘接于导磁连接体2的深槽结构内部；

其次，将导磁连接体2放入绕线机中进行绕线，使得导磁连接体2的槽楔孔8下部缠绕合适匝数和形状的绕组9；

接着将导磁连接体2推入定子轭部1进行固定，导磁连接体2的固定长凸台7和定子轭部1的槽孔6形成配合；

然后将磁性槽楔5推入相邻的导磁连接体2的槽楔孔8内；

最后，将定子铁心依次进行退火、真空浸漆、固化和灌封，形成最终的采用复合材料的径向磁通定子铁心。

本发明具有以下有益技术效果：

1.充分利用了非晶合金材料低铁耗的优势；传统的工艺是：需要对非晶合金圆筒进行激光切割、电火花切割或水射流切割开槽的工艺，而激光切割、电火花切割或水射流切割工艺会对非晶合金材料的低铁耗优势带来极大地削弱，本发明采用对非晶合金带材卷绕的工艺，减少了非晶合金材料的制造工艺流程，不需要使用激光切割、电火花切割或水射流切割工艺，从而减小了由制造工艺产生的从非晶合金带材到非晶铁心的性能损失。

2.充分利用了软磁材料的可塑性优势，导磁连接体2的结构较为复杂，若采用传统的硅钢材料进行制造，会产生大量的硅钢材料浪费，并且在保证同样的结构强度下，硅钢材料需要占用更大的空间结构，这又会挤占导磁夹芯3的空间，降低了非晶合金材料的占比，提升了定子铁心的铁耗。

3.充分利用了硅钢材料的高饱和磁密的优势，将定子轭部1采用传统的硅钢材料，使得轭部作为磁路的一部分可以通过更强的磁场，从而在进行电机设计时，可以降低轭部厚度，从而降低定子铁心的体积。

4.将定子铁心的齿部(即导磁连接体2、导磁夹芯3和导磁内芯4)进行了模块化的设计，可以提前将集中绕组9的线圈绕制在导磁连接体2上，从而可以实现自动绕线，提高劳动生产效率。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为本发明所述径向磁通定子铁心的立体结构示意图；

图2为本发明所述径向磁通定子铁心中定子轭部1的立体结构示意图；

图3为本发明所述径向磁通定子铁心中定子齿部的爆炸结构示意图；

图4为本发明所述径向磁通定子铁心中导磁连接体2的半剖结构示意图；

图5为本发明所述磁性槽楔5的立体结构示意图；

图6为本发明所述径向磁通定子铁心与绕组9的装配结构示意图。

附图标记：

1、定子轭部；2、导磁连接体；3、导磁夹芯；4、导磁内芯；5、磁性槽楔；6、槽孔；7、固定长凸台；8、槽楔孔；9、绕组。

具体实施方式

下面根据附图详细阐述本发明的实施方式。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“前”和“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，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对的重要性。

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”和“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。

如图1-图6所示，本发明提供一种采用复合材料的径向磁通定子铁心，主要包括：定子轭部1、若干导磁连接体2、若干导磁夹芯3、若干导磁内芯4和若干磁性槽楔5；

所述若干导磁连接体2设置于所述定子轭部1上，所述若干导磁夹芯3分别设置于所述若干导磁连接体2的内侧，所述若干导磁内芯4分别设置于所述若干导磁夹芯3内侧，所述若干磁性槽楔5分别设置于相邻的导磁连接体2之间。

本发明在实施过程中，通过冲压机冲制带有多个向内凹陷的槽孔6的硅钢片，再将多层硅钢片沿轴向方向进行叠压成筒状结构，以形成定子轭部1。所述槽孔6与导磁连接体2的固定长凸台7相装配连接。

导磁连接体2为软磁材料进行压制而成，导磁连接体2的下方具有向外突出的固定长凸台7。导磁连接体2的上部为深槽结构，导磁夹芯3和导磁内芯4设置于深槽结构内部。导磁连接体2的两侧靠近上方的位置分别设置有槽楔孔8，磁性槽楔5设置于槽楔孔8之间。

导磁夹芯3的内侧设置了导磁内芯4，导磁夹芯3的外侧设置了导磁连接体2。导磁夹芯3由非晶合金带材沿着所述导磁内芯4进行绕制而成，非晶合金带材经过层层叠压紧密后，再依次进行退火、浸漆和整形固化，最后形成导磁夹芯3。

导磁内芯4包括：多层叠压的硅钢片，随后进行退火、浸漆和整形固化，形成导磁内芯4。另外，导磁内芯4可以由软磁材料压制而成，本发明对此不做限定。导磁内芯4位于导磁夹芯3的里侧，引导导磁夹芯3形成合适的形状。

磁性槽楔5为具有导磁能力的两端外凸的条状体，外凸的形状与所述导磁连接体2的槽楔孔8内凹的形状形成装配匹配关系。

装配时，将带有导磁内芯4和导磁夹芯3的组合模块涂上粘接胶，初步粘接于导磁连接体2的深槽结构内部。将导磁连接体2放入绕线机中进行绕线，使得导磁连接体2的槽楔孔8下部缠绕合适匝数和形状的绕组9。将多个带有绕组9的导磁连接体2推入定子轭部1进行固定，导磁连接体2的固定长凸台7和定子轭部1的槽孔6形成配合。之后，将磁性槽楔5推入相邻的导磁连接体2的槽楔孔8内。将整个带有绕组9装配的定子铁心依次进行退火、真空浸漆、固化和灌封。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护并不局限于此，本领域技术人员在不改变原理的情况下，做出的任何无实质变化的改进，也应视为本发明的保护范围。

本发明说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种采用复合材料的径向磁通定子铁心，其特征在于，包括：定子轭部(1)、若干导磁连接体(2)、若干导磁夹芯(3)、若干导磁内芯(4)和若干磁性槽楔(5)；

所述定子轭部(1)为筒状结构，在所述定子轭部(1)的内周均布设置有若干个向内凹陷的槽孔(6)；

所述若干槽孔(6)的开孔走向沿定子轭部(1)的轴向平行设置，且贯穿定子轭部(1)的顶端和底端；

在所述若干导磁连接体(2)为长方体，沿导磁连接体(2)的高度方向设有与所述槽孔(6)相配合的固定长凸台(7)；在所述导磁连接体(2)上，与所述固定长凸台(7)相对的另一面上设有深槽结构；

所述若干导磁连接体(2)通过其各自的固定长凸台(7)分别嵌入装配到定子轭部(1)的若干槽孔(6)中；

在所述导磁连接体(2)的两侧靠近上方的位置分别设置槽楔孔(8)；

所述若干磁性槽楔(5)为具有导磁能力的两端外凸的条状体；

在相邻的两个导磁连接体(2)之间设有1个磁性槽楔(5)；

所述磁性槽楔(5)的两端分别嵌入装配于相邻的两个导磁连接体(2)的槽楔孔(8)中；

所述导磁夹芯(3)为柱体，柱体的外形与导磁连接体(2)的深槽结构相配合；所述导磁夹芯(3)的高度与导磁连接体(2)的深槽结构的深度相同；所述若干导磁夹芯(3)分别嵌入装配于若干导磁连接体(2)的深槽结构中；

在所述导磁夹芯(3)露出所述深槽结构的表面设有沿高度方向的窄槽；

所述导磁内芯(4)为平板，所述导磁内芯(4)的长度与所述导磁夹芯(3)的窄槽的槽长相同；所述导磁内芯(4)的宽度与所述导磁夹芯(3)的窄槽的槽深相同；

所述若干导磁内芯(4)分别嵌入装配于所述导磁夹芯(3)的窄槽中。

2.如权利要求1所述的采用复合材料的径向磁通定子铁心，其特征在于：所述定子轭部(1)包括：若干层硅钢片，所述若干层硅钢片作为定子轭部(1)的横截面；

所述定子轭部(1)由所述若干层硅钢片沿轴向叠压而成。

3.如权利要求1所述的采用复合材料的径向磁通定子铁心，其特征在于：所述导磁连接体(2)由软磁材料压制而成。

4.如权利要求1所述的采用复合材料的径向磁通定子铁心，其特征在于：所述导磁夹芯(3)由非晶合金带材沿着所述导磁内芯(4)进行绕制而成。

5.如权利要求4所述的采用复合材料的径向磁通定子铁心，其特征在于：所述非晶合金带材经过层层叠压紧密后，再依次进行退火、浸漆和整形固化，最后形成导磁夹芯(3)。

6.如权利要求1所述的采用复合材料的径向磁通定子铁心，其特征在于：所述导磁内芯(4)由软磁材料压制而成。

7.如权利要求6所述的采用复合材料的径向磁通定子铁心，其特征在于：所述导磁内芯(4)包括：若干层硅钢片；所述导磁内芯(4)由所述若干层硅钢片沿轴向叠压而成。

8.如权利要求7所述的采用复合材料的径向磁通定子铁心，其特征在于：对所述若干层硅钢片依次进行退火、浸漆和整形固化，最后形成导磁内芯(4)。

9.如权利要求1所述的采用复合材料的径向磁通定子铁心，其特征在于：首先将导磁内芯(4)和导磁夹芯(3)涂上粘接胶，初步粘接于导磁连接体(2)的深槽结构内部；

其次，将导磁连接体(2)放入绕线机中进行绕线，使得导磁连接体(2)的槽楔孔(8)下部缠绕合适匝数和形状的绕组(9)；

接着将导磁连接体(2)推入定子轭部(1)进行固定，导磁连接体(2)的固定长凸台(7)和定子轭部(1)的槽孔(6)形成配合；

然后将磁性槽楔(5)推入相邻的导磁连接体(2)的槽楔孔(8)内；

最后，将定子铁心依次进行退火、真空浸漆、固化和灌封，形成最终的采用复合材料的径向磁通定子铁心。

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