CN115313698A - 定子铁芯、定子组件以及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子铁芯、定子组件以及电机。该定子铁芯包括：定子本体；多个定子齿部，多个定子齿部与定子本体固定相连，相邻两个所述定子齿部之间形成定子槽，每个定子齿部具有首端以及末端，所述首端与所述定子本体相连接，所述末端与所述首端相对，在所述定子铁芯的轴向上，所述末端相对于所述首端的偏移角度为α；在所述定子铁芯的周向上，所述末端相对于所述首端的偏移角度为β，其中，α、β满足关系式：0.1×(360°/槽数)≤α≤2×(360°/槽数)，1°≤β≤20°。根据本发明的定子铁芯，通过将定子齿部的末端设置为在轴向和周向进行偏移，可以减小定子铁芯的轴向尺寸，在将定子铁芯应用于电机中时，有利于减小电机的轴向尺寸。

Description

定子铁芯、定子组件以及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种定子铁芯、具有上述定子铁芯的定子组件以及具有上述定子组件的电机。

背景技术

相关技术中，定子铁芯的轴向尺寸较大，在将定子铁芯应用于电机中时，导致电机的轴向尺寸也较大，电机占据的空间大，不利于小型化产品设计。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种定子铁芯，有利于减小定子铁芯的轴向尺寸。

本发明还提出了一种具有上述定子铁芯的定子组件。

本发明又提出了一种具有上述定子组件的电机。

根据本发明实施例的定子铁芯包括：定子本体；多个定子齿部，多个所述定子齿部与所述定子本体固定相连，相邻两个所述定子齿部之间形成定子槽，每个所述定子齿部具有首端以及末端，所述首端与所述定子本体相连接，所述末端与所述首端相对，在所述定子铁芯的轴向上，所述末端相对于所述首端的偏移角度为α；在所述定子铁芯的周向上，所述末端相对于所述首端的偏移角度为β，其中，α、β满足关系式：0.1×(360°/槽数)≤α≤2×(360°/槽数)，1°≤β≤20°。

根据本发明实施例的定子铁芯，通过将定子齿部的末端设置为在轴向和周向进行偏移，可以减小定子铁芯的轴向尺寸，在将定子铁芯应用于电机中时，有利于减小电机的轴向尺寸。

根据本发明的一些实施例，所述末端为扇形面，且所述扇形面的外端为大径端，所述扇形面的内端为小径端。

根据本发明的一些实施例，所述定子齿部的内端为弧形端，所述定子齿部的外端为倒角端且倒角的夹角为θ，θ满足关系式：120°≤θ≤170°。

根据本发明的一些实施例，所述定子齿部的内端和外端均为弧形端。

根据本发明的一些实施例，所述多个定子齿部相互分离开且沿所述定子铁芯的周向均匀分布，所述多个定子齿部的偏移方向一致且具有相同的偏移角度。

根据本发明第二方面实施例的定子组件，包括：上述的定子铁芯；定子绕组，所述定子绕组包括绝缘架以及绕设在所述绝缘架上的线圈，所述绝缘架安装于对应的所述定子齿部；轴承套，所述轴承套位于所述定子本体的定子避让孔处；注塑本体，所述定子铁芯、所述定子绕组、所述轴承套均通过所述注塑本体注塑为一体，所述注塑本体上开设有电机安装固定孔。

根据本发明实施例的定子组件构造为注塑定子组件，注塑成型工艺简单，并且省去了装配步骤，有利于提升定子组件的生产效率，同时减少了传统紧固件的使用，有利于减轻定子组件的重量。

根据本发明第三方面实施例的电机，包括：第一定子组件，所述第一定子组件为上述的定子组件，且所述第一定子组件的所述注塑本体上设有第一定位密封结构；第二定子组件，所述第二定子组件为上述的定子组件，且所述第二定子组件的所述注塑本体上设有第二定位密封结构，所述第二定位密封结构适于与所述第一定位密封结构定位配合，以在所述第一定子组件和所述第二定子组件之间限定出转子安装腔；转子盘，所述转子盘安装于所述转子安装腔；转轴，所述转轴穿过所述第一定子组件、所述转子盘和所述第二定子组件，所述转轴与所述第一定子组件的轴承套之间设有第一轴承，所述转轴与所述第二定子组件的轴承套之间设有第二轴承。

根据本发明实施例的电机构造为双定子轴向电机，其轴向尺寸较小，且第一定子组件和第二定子组件的生产工艺简单化，有利于推进轴向电机批量化生产。

根据本发明的一些实施例，所述转子盘包括转子盘本体以及设于所述转子盘本体上的永磁体，所述永磁体为烧结永磁体，所述烧结永磁体粘接固定于所述转子盘本体。

根据本发明的一些实施例，所述转子盘包括转子盘本体以及设于所述转子盘本体上的永磁体，所述永磁体为磁粉永磁体，所述磁粉永磁体通过压铸形成于所述转子盘本体。

根据本发明的一些实施例，所述永磁体的磁极为N极、S极顺序排布或为Halbach阵列排布。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的定子铁芯的立体示意图；

图2是根据本发明实施例的定子铁芯的主视图；

图3是根据本发明实施例的定子铁芯的俯视图；

图4是根据本发明实施例的定子组件的剖视图；

图5是根据本发明实施例的定子组件的俯视图；

图6是第一定子组件的立体示意图；

图7是第二定子组件的立体示意图；

图8是定子绕组的立体示意图；

图9是轴承套的立体示意图；

图10是根据本发明实施例的电机的立体示意图；

图11是根据本发明实施例的电机的剖视图；

图12是根据本发明实施例的电机的主视图；

图13是根据本发明实施例的电机的俯视图；

图14是转子盘的立体示意图。

附图标记：

电机100、定子组件10、定子铁芯1、定子本体11、定子齿部12、首端121、末端122、第一定子组件13、第一定位密封结构131、第二定子组件14、第二定位密封结构141、组件避让孔15、定子避让孔16、定子绕组2、绝缘架21、线圈22、绝缘架安装孔23、轴承套3、第一轴承套31、第二轴承套32、轴承套本体33、第一翻边34、第二翻边35、工艺孔36、注塑本体4、安装凸耳41、电机安装固定孔42、转子盘20、转子盘本体201、永磁体202、转子避让孔203、整圈凸台204、转轴30、第一挡圈301、第二挡圈302、第一轴承40、第二轴承50。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1-图14详细描述根据本发明实施例的定子铁芯1、具有上述定子铁芯1的定子组件10以及具有上述定子组件10的电机100。

参照图1-图3所示，根据本发明实施例的定子铁芯1可以包括：定子本体11以及多个定子齿部12。

其中，定子本体11可以构造为圆环形结构，这样，定子本体11的形状简单，制造工艺也较为容易。多个定子齿部12与定子本体11固定相连，定子铁芯1可以是由软磁复合材料(例如BMC材料)压塑而成，也可以是由硅钢冲压制成，也可以由卷材加工而成。

相邻两个定子齿部12之间形成定子槽，每个定子齿部12具有首端121以及末端122，首端121与定子本体11相连接，末端122与首端121相对，首端121为固定端，末端122为自由端。在定子铁芯1的轴向上，末端122相对于首端121的偏移角度为α，α满足关系式：0.1×(360°/槽数)≤α≤2×(360°/槽数)，例如，α可以是3.6°、10°、20°、30°、35°等。在定子铁芯1的周向上，末端122相对于首端121的偏移角度为β，β满足关系式：1°≤β≤20°。例如，β＝1°、5°、10°、15°、20°等。α和β的存在使得末端122与定子本体11之间的距离较小，由此可以减小定子铁芯1的轴向尺寸。同时，在将定子铁芯1应用于电机100中时，可以有效降低反电势谐波，从而有利于降低电机100的转矩脉动和振动噪音。

参照图2-图3所示，在定子铁芯1的轴向上，末端122相对于首端121向右偏移α角；在定子铁芯1的周向上，末端122的内端B相对于外端A沿逆时针方向偏移β角。

可以理解的是，在本发明中，“外端”指的是远离定子本体11中心的一端，即A端，“内端”指的是朝向定子本体11中心的一端，即B端。在径向上，“外端”位于“内端”的外侧。

在一个实施例中，定子齿部12的数量为18个，则定子槽的数量也为18个，此时，0.1×(360°/槽数)≤α≤2×(360°/槽数)即2°≤α≤40°，也就是说，在定子铁芯1的轴向上，末端122相对于首端121的偏移角度小于2°，且不大于40°。

可选地，在一个具体示例中，α＝20°，β＝10°。

根据本发明实施例的定子铁芯1，通过将定子齿部12的末端122设置为在轴向和周向进行偏移，可以减小定子铁芯1的轴向尺寸，在将定子铁芯1应用于电机100中时，能够节省轴向空间，从而有利于减小电机100的轴向尺寸。同时，将定子齿部12的末端122设置为在轴向和周向进行偏移，还可以有效降低反电势谐波，在将定子铁芯1应用于电机100中时，有利于降低电机100的转矩脉动和振动噪音。

在本发明的一些实施例中，参照图1、图3所示，末端122为扇形面，且扇形面的外端A为大径端，扇形面的内端B为小径端，这样，扇形面的大径端位于直径较大的圆上，扇形面的小径端位于直径较小的圆上，由此使得定子铁芯1的结构更加稳定。

在本发明的一些实施例中，参照图1、图3所示，定子齿部12的内端B为弧形端，例如，定子齿部12的内端B为圆弧端，定子齿部12的外端A为倒角端，由此可提高材料的利用率，减轻定子铁芯1的重量。倒角的夹角为θ，θ满足关系式：120°≤θ≤170°。例如，θ可以是120°、130°、140°、150°、160°、170°等。

在本发明的一些实施例中，定子齿部12的内端B和外端A均为弧形端。例如，定子齿部12的内端B和外端A均为圆弧端。

在本发明的一些实施例中，参照图1-图3所示，多个定子齿部12相互分离开，且多个定子齿部12沿定子铁芯1的周向均匀分布，多个定子齿部12的偏移方向一致且具有相同的偏移角度，由此有利于简化定子铁芯1的结构，进而有利于简化定子铁芯1的制造加工工艺。

参照图4-图9所示，根据本发明第二方面实施例的定子组件10可以包括：定子绕组2、轴承套3、注塑本体4以及上述实施例的定子铁芯1。

其中，参照图4、图8所示，定子绕组2可以包括绝缘架21以及线圈22，线圈22可以为漆包线，绝缘架21具有绕线槽，线圈22绕设在绝缘架21上的绕线槽中。具体而言，绝缘架21可以包括两个平行的板状结构，两个板状结构通过连接臂相连接，连接臂与两个板状结构构造为“工”字形结构，线圈22适于绕设在连接臂上，也就是说，两个板状结构之间形成绕线槽。

绝缘架21安装于对应的定子齿部12，具体而言，绝缘架21具有与对应的定子齿部12适配的绝缘架安装孔23，在将定子绕组2装配至定子铁芯1上时，定子齿部12插接在对应的绝缘架安装孔23中。

结合图1、图3-图5所示，圆环形的定子本体11的中心为定子避让孔16，轴承套3位于定子本体11的定子避让孔16处，轴承套3内限定出用于安装轴承的空间。具体而言，轴承套3可以包括轴承套本体33、第一翻边34和第二翻边35，第一翻边34从轴承套本体33的一端沿径向向内延伸，第二翻边35从轴承套本体33的另一端沿径向向外延伸，轴承套本体33围成用于安装轴承的空间。

参照图4-图5所示，定子铁芯1、定子绕组2、轴承套3均通过注塑本体4注塑为一体。也就是说，根据本发明实施例的定子组件10构造为注塑定子组件，注塑成型工艺简单，并且省去了装配步骤，有利于提升定子组件10的生产效率，同时减少了传统紧固件的使用，有利于减轻定子组件10的重量。

注塑本体4上开设有电机安装固定孔42。也就是说，注塑本体4充当壳体的作用，由此在将定子组件10应用于电机100上时，可不必另外增设壳体。电机安装固定孔42的数量可以是多个，例如三个、四个等，且多个电机安装固定孔42沿周向均匀分布。注塑本体4可以形成向外凸出的安装凸耳41，电机安装固定孔42开设在安装凸耳41上。

参照图4、图9所示，轴承套3的第二翻边35上可以开设多个工艺孔36，这样，注塑材料进入工艺孔36中，可以提升注塑材料与轴承套3的连接牢固程度。

定子组件10的中心形成有组件避让孔15，组件避让孔15用于供转轴30穿过，也就是说，在将定子组件10应用于电机100时，转轴30穿过组件避让孔15。

在一些实施例中，注塑本体4为BMC材料(Bulk Molding Compound，团状模塑料)，BMC材料的流动特性、绝缘性、耐腐蚀性、耐热性及阻燃性极好，例如，BMC材料能够承受150℃-280℃的温度，且收缩率小(只有万分之三到万分之五)，可注塑成型，成型温度低(120-160℃)，这样，BMC材料适应各种成型工艺，采用BMC材料制作的注塑本体4造型可以多变，有利于满足不同的形状需求。

在一些实施例中，注塑本体4为树脂材料，树脂材料成本较低，有利于降低定子组件10的整体成本。

在加工定子组件10时，先将预先独立绕制好绕圈的定子绕组2装配在定子铁芯1的定子齿部12上，再将安装有定子绕组2的定子铁芯1与轴承套3一起使用注塑材料进行注塑，由此使得定子组件10的生产工艺简单化，有利于推进电机100的批量化生产。

在一些实施例中，定子组件10在注塑前，先将安装有定子绕组2的定子铁芯1与轴承套3放置在定制的工装里，放置的位置尺寸符合设计要求，然后再使用BMC材料注塑成型固定在一起。

参照图6-图7、图10-图14所示，根据本发明第三方面实施例的电机100可以包括：第一定子组件13、第二定子组件14、转子盘20以及转轴30。

其中，参照图6所示，第一定子组件13为上述实施例的定子组件10，且第一定子组件13的注塑本体4上设有第一定位密封结构131。

结合图6-图7、图10-图12所示，第二定子组件14为上述实施例的定子组件10，且第二定子组件14的注塑本体4上设有第二定位密封结构141，第二定位密封结构141适于与第一定位密封结构131定位配合，以在第一定子组件13和第二定子组件14之间限定出转子安装腔。螺栓等紧固件穿过第一定子组件13的电机安装固定孔42和第二定子组件14的电机安装固定孔42，可以实现第一定子组件13和第二定子组件14的固定连接。

在一些实施例中，第一定位密封结构131和第二定位密封结构141二者的其中一个为定位凹槽，另一个为定位凸起，定位凹槽与定位凸起插接配合，以实现定位功能。在一些进一步的实施例中，定位凹槽构造为整圈环形凹槽，定位凸起构造为整圈环形凸起，这样，第一定位密封结构131和第二定位密封结构141配合时，除了定位作用之外，还具有密封作用。

在图6-图7、图11的具体示例中，第一定位密封结构131为整圈环形凹槽，第二定位密封结构141为整圈环形凸起。

参照图11、图14所示，转子盘20安装于转子安装腔。转子盘20的中心形成有转子避让孔203，转子避让孔203用于供转轴30穿过，也就是说，在将转子盘20应用于电机100时，转轴30穿过转子避让孔203。转子盘20构造为盘状结构，由此有利于进一步减小电机100的轴向尺寸。

参照图11所示，转轴30穿过第一定子组件13、转子盘20和第二定子组件14，转轴30与第一定子组件13的轴承套3(即第一轴承套31)之间设有第一轴承40，转轴30与第二定子组件14的轴承套3(即第二轴承套32)之间设有第二轴承50。

在本发明的一些实施例中，参照图11所示，转轴30上设有第一挡圈301、第二挡圈302，第一挡圈301用于对第一轴承40的下侧进行轴向限位，第二挡圈302用于对第二轴承50的上侧进行轴向限位。

根据本发明实施例的电机100构造为双定子轴向电机100，其轴向尺寸较小，且第一定子组件13和第二定子组件14的生产工艺简单化，有利于推进轴向电机100批量化生产。

在本发明的一些实施例中，参照图14所示，转子盘20包括转子盘本体201以及永磁体202，转子盘本体201又称为转子背铁，转子避让孔203开设在转子盘本体201上，且转子避让孔203的孔边缘形成整圈凸台204，转轴30与整圈凸台204之间可以过盈配合或过渡配合，整圈凸台204与转轴30之间还可以激光焊接。

永磁体202设置在转子盘本体201上。永磁体202可以是多个，多个永磁体202沿转子盘本体201的周向均匀布置。

在本发明的一些实施例中，永磁体202为烧结永磁体，烧结永磁体粘接固定于转子盘本体201。粘接工艺可采用胶水来实现。

在本发明的另一些实施例中，永磁体202为磁粉永磁体，磁粉永磁体通过压铸形成于转子盘本体201。

在本发明的一些实施例中，永磁体202的磁极为N极、S极顺序排布。

在本发明的一些实施例中，永磁体202的磁极为Halbach阵列(海尔贝克阵列)排布。

下面结合图1-图11详细描述本发明一个具体示例的电机100。

电机100包括第一定子组件13、第二定子组件14、转子盘20、第一轴承40、第二轴承50以及转轴30。第一定子组件13、第二定子组件14是将定子铁芯1与预先独立绕制好的定子绕组2装配在一起，并与轴承套3一起使用BMC材料注塑，并注塑形成外壳，使得定子组件10生产工艺简单化，有利于推进轴向电机100批量化生产。其中，定子铁芯1上的定子齿部12在轴向偏移α角，在周向偏移β角，将大大减小转矩脉动、减小轴向尺寸。

电机100的安装过程可以是：先将转子盘20安装固定到转轴30上；再将转轴30通过第一轴承40与第一定子组件13组装在一起，此时第一轴承40的轴承内圈与转轴30过盈配合，第一轴承40的轴承外圈与第一轴承套31也是过盈配合；再通过第二轴承50与第二定子组件14配合安装，此时第二轴承50的轴承内圈与转轴30过盈配合，第二轴承50的轴承外圈与第二轴承套32是过渡配合，第二定子组件14端面有凸出的整圈环形凸起与第一定子组件13端面的整圈环形凹槽配合定位与密封。

根据本发明实施例的轴向磁场电机100具有轴向厚度薄、空间体积小、重量轻、效率高等优势，为家电产品小型化产品提供了一种解决方案。而且大大减小了转矩脉动，有利于降低电机100的振动噪音，该电机100的性能优越且生产工艺简单化。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种定子铁芯，其特征在于，包括：

定子本体；

多个定子齿部，多个所述定子齿部与所述定子本体固定相连，相邻两个所述定子齿部之间形成定子槽，每个所述定子齿部具有首端以及末端，所述首端与所述定子本体相连接，所述末端与所述首端相对，在所述定子铁芯的轴向上，所述末端相对于所述首端的偏移角度为α；在所述定子铁芯的周向上，所述末端相对于所述首端的偏移角度为β，其中，α、β满足关系式：0.1×(360°/槽数)≤α≤2×(360°/槽数)，1°≤β≤20°。

2.根据权利要求1所述的定子铁芯，其特征在于，所述末端为扇形面，且所述扇形面的外端为大径端，所述扇形面的内端为小径端。

3.根据权利要求1或2所述的定子铁芯，其特征在于，所述定子齿部的内端为弧形端，所述定子齿部的外端为倒角端且倒角的夹角为θ，θ满足关系式：120°≤θ≤170°。

4.根据权利要求1或2所述的定子铁芯，其特征在于，所述定子齿部的内端和外端均为弧形端。

5.根据权利要求1所述的定子铁芯，其特征在于，所述多个定子齿部相互分离开且沿所述定子铁芯的周向均匀分布，所述多个定子齿部的偏移方向一致且具有相同的偏移角度。

6.一种定子组件，其特征在于，包括：

权利要求1-5中任一项所述的定子铁芯；

定子绕组，所述定子绕组包括绝缘架以及绕设在所述绝缘架上的线圈，所述绝缘架安装于对应的所述定子齿部；

轴承套，所述轴承套位于所述定子本体的定子避让孔处；

注塑本体，所述定子铁芯、所述定子绕组、所述轴承套均通过所述注塑本体注塑为一体，所述注塑本体上开设有电机安装固定孔。

7.一种电机，其特征在于，包括：

第一定子组件，所述第一定子组件为权利要求6所述的定子组件，且所述第一定子组件的所述注塑本体上设有第一定位密封结构；

第二定子组件，所述第二定子组件为权利要求6所述的定子组件，且所述第二定子组件的所述注塑本体上设有第二定位密封结构，所述第二定位密封结构适于与所述第一定位密封结构定位配合，以在所述第一定子组件和所述第二定子组件之间限定出转子安装腔；

转子盘，所述转子盘安装于所述转子安装腔；

转轴，所述转轴穿过所述第一定子组件、所述转子盘和所述第二定子组件，所述转轴与所述第一定子组件的轴承套之间设有第一轴承，所述转轴与所述第二定子组件的轴承套之间设有第二轴承。

8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述转子盘包括转子盘本体以及设于所述转子盘本体上的永磁体，所述永磁体为烧结永磁体，所述烧结永磁体粘接固定于所述转子盘本体。

9.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述转子盘包括转子盘本体以及设于所述转子盘本体上的永磁体，所述永磁体为磁粉永磁体，所述磁粉永磁体通过压铸形成于所述转子盘本体。

10.根据权利要求8或9所述的电机，其特征在于，所述永磁体的磁极为N极、S极顺序排布或为Halbach阵列排布。

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