CN115021447B - 一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构及加工方法，该定子结构包括在轴向中心位置设置齿槽的定子铁芯、绕组、机壳和左、右侧压板，左、右侧压板与机壳和两侧端盖在径向外圆处通过螺栓连接，左、右侧压板与定子铁芯的径向外圆处通过螺栓连接，绕组嵌放安装于齿槽内。与现有技术相比，本发明将齿槽设置于定子铁芯的轴向中心位置，彻底消除了齿槽对有铁芯电机运行性能的不利影响，减少电机齿槽引起的谐波、转矩脉动、振动噪声，降低杂散损耗，提高运行效率；定子铁芯的齿槽实现绕组的定位和支撑保护，同时消除了电机运行时无铁芯电机绕组由于电磁应力集中容易受损变形的问题，能够减少永磁体用量、降低成本，且具有加工制造简便的优点。
Description
技术领域
本发明涉及盘式永磁电机加工制造技术领域，尤其是涉及一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构及其加工方法。
背景技术
近年来，盘式永磁电机因其结构紧凑、效率高、功率密度大等优点获得研究人员越来越多的关注。盘式永磁电机的气隙呈平面型、气隙磁场沿轴向分布，盘式永磁电机的定子结构分为有铁芯和无铁芯两种，其中，有铁芯结构源于传统的电机制造工艺，具有定子铁芯和定子绕组，在定子铁芯面向气隙的一侧开槽放置定子绕组，定子铁芯作为导磁的部件，具有气隙小、功率/转矩密度高的优势，同时定子铁芯作为定子绕组的机械保护和支撑部件，制作工艺相对比较成熟；
无铁芯结构的定子则安装于中间、两侧为永磁体转子，大多采用环氧绝缘材料灌封或印刷电路板的制造工艺，以实现定子绕组的机械保护和支撑，由于无定子铁芯损耗、无齿槽，电机具有高效率、低转矩波动、运行平稳等优势。
然而，对于盘式有铁芯永磁同步电机而言，由于存在定子铁芯损耗和齿槽，因此其效率较低，且存在齿槽转矩、转矩波动较大；盘式无铁芯永磁同步电机则由于电机的气隙增大、永磁体用量大，故存在制造成本高以及定子绕组应力集中、机械支撑差、散热性能差的问题，也就限制了大功率电机领域的应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构及其加工方法，能够消除盘式有铁芯永磁同步电机的齿槽转矩和转矩波动，克服盘式无铁芯永磁同步电机的不足，降低成本、简化制造工艺，推动大功率电机领域的推广应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构，包括定子铁芯、绕组、机壳、左侧压板和右侧压板，所述定子铁芯的轴向中心位置设置齿槽，所述左侧压板和右侧压板与机壳和两侧端盖在径向外圆处通过螺栓连接，所述左侧压板和右侧压板在定子铁芯的径向外圆处与定子铁芯通过螺栓连接，所述绕组嵌放安装于定子铁芯的齿槽内。
进一步地，所述定子铁芯由有齿槽铁芯和无齿槽铁芯轴向拼接而成。
进一步地，所述有齿槽铁芯和无齿槽铁芯均由条状硅钢片沿周向卷绕而成。
进一步地，所述绕组位于有齿槽铁芯和无齿槽铁芯之间。
进一步地，所述齿槽为矩形槽。
进一步地，所述有齿槽铁芯的无齿槽部分的轴向厚度与无齿槽铁芯的轴向厚度相一致，所述绕组和齿槽位于定子铁芯的轴向中心位置。
进一步地，所述左侧压板和右侧压板均由非磁性、高电阻率和高机械强度的合金材料制成。
进一步地，所述左侧压板、右侧压板与机壳在径向高度相同的位置沿周向均布设置第一螺孔，所述第一螺孔内安装有螺栓，用于实现左右两侧压板、机壳和两侧端盖的连接，从而起到固定和支撑定子的作用。
进一步地，所述左侧压板、右侧压板在与定子铁芯外圆高度相同的径向位置沿周向均布设置第二螺孔，所述第二螺孔内安装有螺栓，用于实现定子铁芯的紧固定位。
一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构加工方法，包括以下步骤：
S1、根据电机的绕组设计，预先制作成型绕组；
S2、在有齿槽铁芯的齿槽内嵌放安装成型绕组，之后填充浇注绝缘漆和环氧材料进行封装；
S3、将无齿槽铁芯与有齿槽铁芯沿轴向拼接，其中，绕组位于无齿槽铁芯与有齿槽铁芯之间；
S4、在定子铁芯左右两侧安装压板，利用螺栓紧固连接定子铁芯和两侧压板，之后利用螺栓紧固安装机壳、两侧压板和两侧端盖。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明在定子铁芯的轴向中心位置设置齿槽，而不在定子铁芯面向气隙的表面设置齿槽，由此能够消除齿槽转矩和转矩波动，降低振动噪声，降低齿谐波和杂散损耗，提高电机运行效率。
二、本发明将定子铁芯设置为有齿槽铁芯部分和无齿槽铁芯部分，不仅方便加工制造，同时有利于保障加工精度，使得定子装配和故障检修操作更为便捷、减少操作工时、提高生产效率。
三、本发明采用非磁性、高电阻率和高机械强度的合金材料加工制作两侧的压板，经过定子的磁感线集中于导磁的铁芯，电磁应力集中在铁芯上，而且绕组位于有齿槽铁芯和无齿槽铁芯之间、加工定位简单，由此避免了绕组在电磁应力作用下的变形受损，同时磁阻小、永磁体用量小，具有电机成本低的优势。
附图说明
图1为本发明中定子结构的爆炸示意图；
图2a为定子铁芯和绕组装配后的正视结构示意图；
图2b为定子铁芯和绕组装配后的侧视结构示意图；
图3a为有齿槽铁芯的正视结构示意图；
图3b为有齿槽铁芯的侧视结构示意图；
图4a为绕组的正视结构示意图；
图4b为绕组的侧视结构示意图；
图5a为无齿槽铁芯的正视结构示意图；
图5b为无齿槽铁芯的侧视结构示意图；
图6为压板与机壳的轴向结构示意图；
图中标记说明：1、定子铁芯，2、绕组，3、机壳，4、左侧压板，5、右侧压板，11、有齿槽铁芯，12、无齿槽铁芯，61、第一螺孔，62、第二螺孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1、图2a～2b所示，一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构，包括在轴向中间位置设置齿槽的定子铁芯1、绕组2、两侧的压板(左侧压板4和右侧压板5)和机壳3，其中，定子铁芯1由有齿槽铁芯11和无齿槽铁芯12拼接而成，在拼接前需将绕组2安装于齿槽中，两侧的压板由非磁性、高电阻率、高机械强度的薄型合金材料制成，机壳3对定子起保护支撑作用。
定子铁芯1的齿槽和绕组2位于定子铁芯1的轴向中心，面向气隙一侧无齿槽，齿槽两侧的铁芯厚度相同(即有齿槽铁芯的无齿槽部分的轴向厚度和无齿槽铁芯的轴向厚度均为W，如图3a、3b、5a和5b所示)，有齿槽铁芯11和无齿槽铁芯12均由条状硅钢片周向卷绕而成，本实施例中，定子铁芯1的齿槽选用矩形槽。
如图6所示，两侧的压板与机壳3在径向高度相同的位置沿周向均匀开设第一螺孔61，用于安装连接两侧端盖的螺栓；
两侧的压板与定子铁芯1外圆径向位置相同的位置沿周向均匀开设第二螺孔62，用于安装螺栓固定定子铁芯1。
上述定子结构的具体装配过程为：首先在有齿槽铁芯的齿槽中安装绕组，之后浇注绝缘漆和环氧材料封装，再拼接无齿槽铁芯，然后安装定子铁芯两侧的压板，安装螺栓以紧固定子铁芯和压板，最后安装机壳、压板和端盖之间的螺栓并紧固。
综上可知，本技术方案可以用于定子在中间的盘式有铁芯永磁同步电机，也可用于定子位于两侧的盘式有铁芯永磁同步电机，优选定子在中间的盘式有铁芯永磁同步电机，具有永磁体利用率高、漏磁小以及定子受到两侧轴向力均衡的优势。
本技术方案中，定子铁芯和绕组分别为电机的磁路和电路部件，均为盘式结构，并且位于两侧的压板中间，通过位于定子铁芯外圆并且穿过周向均布第二螺孔的螺栓紧固和定位。机壳位于定子的径向外圆，机壳和压板通过穿过周向均布第一螺孔的螺栓紧固和定位。
根据电机的绕组设计，先制成成型绕组，再嵌放到有齿槽铁芯的齿槽中，最后填充浇注绝缘漆和环氧材料进行封装。
两侧压板选用机械强度高、电阻率高的非磁性合金材料，在与机壳径向高度相同处沿周向均匀设置第一螺孔，用于安装螺栓连接侧压板、机壳和两端的端盖实现定子的固定和支撑；在与定子铁芯外圆高度相同处沿周向均匀设置第二螺孔，用于安装螺栓固定绕组铁芯、并实现两部分铁芯的紧密连接，减少磁阻。
现有技术中，齿槽位于定子铁芯面向气隙的表面，存在齿槽转矩、电机运行不平稳、谐波含量大、振动噪声大等问题。本技术方案将齿槽设置在定子铁芯的轴向中心，彻底消除了齿槽转矩、电机运行不平稳等问题，同时铁芯制作时分为两部分加工，槽型为矩形，加工简单，精度容易保障。
与无铁芯的盘式电机定子相比，本技术方案中经过定子的磁感线集中于导磁的铁芯，因此电磁应力集中在铁芯上，避免了无铁芯盘式电机绕组在电磁应力作用下的变形受损，同时磁阻小、永磁体用量小，具有电机成本低的优势。本技术方案能够有效减少电机齿槽引起的谐波、转矩脉动、振动噪声，降低杂散损耗，提高运行效率；减少永磁体用量，降低成本；绕组加工定位容易，电机运行中绕组受到的电磁应力小，不会出现变形受损；定子装配和故障检修时方便，减少了工时，提高生产效率。
本技术方案考虑定子铁芯面向气隙的表面开槽对电机运行性能的不利影响，将齿槽设置于定子铁芯的轴向中心，彻底消除了齿槽对电机运行性能的不利影响；通过定子铁芯的齿槽实现绕组的定位和支撑保护，同时消除了无铁芯电机运行时绕组电磁应力集中容易受损变形的问题。本技术方案集成了盘式有铁芯电机和盘式无铁芯电机的优势，消除了各自的缺陷。此外，采用侧压板实现定子铁芯、绕组和机壳之间的连接和定位，进一步为电机及其定子的机械强度提供可靠保障。
Claims (7)
1.一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构，其特征在于，包括定子铁芯(1)、绕组(2)、机壳(3)、左侧压板(4)和右侧压板(5)，所述定子铁芯(1)的轴向中心位置设置齿槽，所述左侧压板(4)和右侧压板(5)通过螺栓与机壳(3)以及两侧的端盖连接，所有左侧压板(4)和右侧压板(5)通过螺栓与定子铁芯(1)连接，所述绕组(2)嵌放安装于齿槽内；
所述定子铁芯(1)由有齿槽铁芯(11)和无齿槽铁芯(12)轴向拼接而成，所述有齿槽铁芯(11)的无齿槽部分的轴向厚度与无齿槽铁芯(12)的轴向厚度相一致，所述绕组(2)和齿槽处于定子铁芯(1)的轴向中心位置；
所述左侧压板(4)和右侧压板(5)均由非磁性、高电阻率和高机械强度的合金材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构，其特征在于，所述有齿槽铁芯(11)和无齿槽铁芯(12)均由条状硅钢片沿周向卷绕而成。
3.根据权利要求1所述的一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构，其特征在于，所述绕组(2)位于有齿槽铁芯(11)的槽内，所述有齿槽铁芯(11)和无齿槽铁芯(12)实现对绕组(2)的支撑保护。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构，其特征在于，所述齿槽为矩形槽。
5.根据权利要求1所述的一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构，其特征在于，所述左侧压板(4)、右侧压板(5)与机壳(3)在径向高度相同的位置沿周向均布设置第一螺孔(61)，所述第一螺孔(61)内安装有螺栓，用于实现左右两侧压板、机壳(3)和两侧端盖的连接，从而起到固定和支撑定子的作用。
6.根据权利要求1所述的一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构，其特征在于，所述左侧压板(4)、右侧压板(5)在与定子铁芯(1)外圆高度相同的径向位置沿周向均布设置第二螺孔(62)，所述第二螺孔(62)内安装有螺栓，用于实现定子铁芯(1)的紧固定位。
7.一种盘式有铁芯永磁同步电机的定子结构加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据电机的绕组设计，预先制作成型绕组；
S2、在有齿槽铁芯的齿槽内嵌放安装成型绕组，之后填充浇注绝缘漆和环氧材料进行封装；
S3、将无齿槽铁芯与有齿槽铁芯沿轴向拼接，其中，绕组位于无齿槽铁芯与有齿槽铁芯之间，即定子铁芯由有齿槽铁芯和无齿槽铁芯轴向拼接而成，且有齿槽铁芯的无齿槽部分的轴向厚度与无齿槽铁芯的轴向厚度相一致，绕组和齿槽处于定子铁芯的轴向中心位置；
S4、在定子铁芯左右两侧安装压板，利用螺栓紧固连接定子铁芯和两侧压板，之后利用螺栓紧固安装机壳、两侧压板和两侧端盖，其中，左右两侧压板均由非磁性、高电阻率和高机械强度的合金材料制成。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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