CN116260301A - 连体式定子和同步并行连体电机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种连体式定子和同步并行连体电机。所述连体式定子具有至少一个对称轴线以及关于所述对称轴线对称设置的多个定子部分，多个定子部分各包括：定子轭，具有不完整的环形形式；腔体，设置于定子轭内；定子齿，由定子轭的内壁朝向腔体的中心延伸；以及绕组槽，沿定子轭的内壁设置于相邻的两个定子齿之间，其中，关于至少一个对称轴线中的一个对称轴线对称设置的两个不同定子部分的连接区域处设置有公共定子齿，公共定子齿包括第一弧形表面和第二弧形表面，第一弧形表面具有与两个不同定子部分中的第一定子部分的定子齿的弧形表面相同的曲率半径，第二弧形表面具有与两个不同定子部分中的第二定子部分的定子齿的弧形表面相同的曲率半径。

Description

连体式定子和同步并行连体电机

技术领域

本公开涉及一种连体式定子和包括该连体式定子的同步并行连体电机。

背景技术

双螺杆泵利用相互啮合、互不接触的两根螺杆轴来抽送液体，液体随螺杆轴的转动被传送到泵体中间的腔室并混合在一起，从而实现泵输送的目的。常规的双螺杆泵的螺杆轴分为主动轴和从动轴，主动轴由电极驱动，从动轴通过齿轮由主动轴驱动。这种驱动方式存在一些问题，例如齿轮的维护成本比较高、振动噪声大、存在润滑油或燃料泄漏的问题、同步齿轮达到的效果并不理想。

考虑到上述问题，目前可采用双转子同步并行连体电机来同步驱动双螺杆泵。双转子同步并行连体电机通常包括一个连体定子和两个转子，两个转子分别驱动双螺杆泵的两个螺杆轴。因此，双转子同步并行连体电机可以保证两个螺杆轴的同步并行，取消了传动齿轮等设备，提升了系统效率，并且降低了密封方面的要求。

但是，在现有的双转子同步并行连体电机的制备过程中，还存在以下问题：(1)连体定子的定子槽内通常设置分布式绕组，但分布式绕组线端高且尺寸大，成本较高；(2)连体定子的制作方法是，首先通过冲床使硅钢冲片堆叠成圆柱形，在将两个圆柱形定子各切割掉一定角度的定子铁芯之后将剩余的定子部分左右并列设置并连接在一起，对定子进行上下填充且使连接平整，从而形成连体定子，这种制作方法复杂，成本高且有涡流损耗；(3)转子的制作方法是，首先通过冲床使硅钢冲片堆叠成圆柱形，在其中预留插槽，然后将预充磁的永磁体转入插槽，这种制作方法同样复杂，成本高且产生的波形一致性较差。

发明内容

因此，本公开之目的是提供一种连体式定子和包括该连体式定子的同步并行连体电机，所述连体式定子实现了去铁化、涡流损耗的降低、导磁性的改善以及扭矩的提高，结构简单，成本低廉，所述同步并行连体电机可以实现两个转子的同步并行旋转且可以实现同步反向旋转。

上述目的通过下文所述的连体式定子和同步并行连体电机来实现。

本公开提供了一种连体式定子，用于同步并行连体电机，所述连体式定子具有至少一个对称轴线以及关于所述对称轴线对称设置的多个定子部分，所述多个定子部分各包括：

定子轭，具有不完整的环形形式；

腔体，设置于所述定子轭内；

定子齿，由所述定子轭的内壁朝向腔体的中心延伸；以及

绕组槽，沿所述定子轭的内壁设置于相邻的两个定子齿之间，

其中，关于所述至少一个对称轴线中的一个对称轴线对称设置的两个不同定子部分的连接区域处设置有公共定子齿，

所述公共定子齿包括第一弧形表面和第二弧形表面，所述第一弧形表面具有与所述两个不同定子部分中的第一定子部分的定子齿的弧形表面相同的曲率半径，所述第二弧形表面具有与所述两个不同定子部分中的第二定子部分的定子齿的弧形表面相同的曲率半径。

在一实施方式中，所述多个定子部分通过铁氧体粉体和粘结剂一体成型。

在一实施方式中，所述多个定子部分各还包括磁体槽，所述磁体槽设置于所述定子齿中，并且所述磁体槽内设置有软磁体。

在一实施方式中，所述公共定子齿关于所述一个对称轴线对称设置且其中设置有另外的磁体槽，所述另外的磁体槽内设置有软磁体。

在一实施方式中，所述公共定子齿的两侧设置有虚槽，并且所述公共定子齿上不设置绕组。

在一实施方式中，所述软磁体沿相应的定子部分的径向方向取向。

在一实施方式中，所述粘结剂为环氧树脂或聚氨脂，并且质量比为1％至10％。

在一实施方式中，所述磁体槽的侧边缘与相应定子齿的侧边缘相距第一距离，并且所述磁体槽的径向内边缘与相应定子齿的弧形表面相距第二距离，所述第一距离为至少0.5mm，所述第二距离为至少0.5mm。

在一实施方式中，所述多个定子部分各还包括集中式绕组，所述集中式绕组各设置于所述绕组槽中且缠绕相应的定子齿。

在一实施方式中，所述连体式定子具有关于第一对称轴线对称设置的两个定子部分，所述两个定子部分的连接区域设置于所述第一对称轴线上。

在一实施方式中，所述连体式定子还具有关于所述第一对称轴线对称设置的另外两个定子部分，所述两个定子部分与所述另外两个定子部分关于垂直于所述第一对称轴线的第二对称轴线对称设置，所述两个定子部分与所述另外两个定子部分的连接区域设置于所述第二对称轴线上。

本公开还提供了一种同步并行连体电机，所述同步并行连体电机包括：

如上文所述的连体式定子；以及

多个转子，设置于相应定子部分的腔体内。

在一实施方式中，所述转子通过塑磁材料或通过磁粉和粘结剂一体成型。

在一实施方式中，所述转子包括多个磁体，所述多个磁体中相邻磁体的磁性相反。

在一实施方式中，所述第一定子部分的转子的多个磁体与所述第二定子部分的转子的多个磁体关于所述一个对称轴线对称设置，但磁性相反。

本公开的实施例具有以下优势。通过铁氧体粉体和粘结剂一体成型，连体式定子实现了去铁化，降低了涡流损耗，降低了成本，更适用于大规模工业化生产。通过在定子齿和公共定子齿内设置槽且安装软磁体，使连体式定子在齿部具有更高的饱和磁密和更低的铁损，减小了定子铁芯的体积和尺寸，提高了电能利用率，减小了最大输出转矩电流，提升了电机效率。通过降低铁耗，可以降低电机内部温升，防止电机内部温度过高导致永磁体退磁。通过在公共定子齿两侧设置虚槽以及弧形表面，可以保证整个电机磁路的完整度，更进一步的降低铁损，利于转子运转。通过使用集中式绕组，连体式定子降低了成本且可以提供更大的扭矩。通过使用塑磁材料或者通过磁粉和粘结剂一体成型，转子实现了去铁化，降低了成本且使得转子波形一致性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下文中将对本公开实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本公开的一些实施例，而非将本公开的全部实施例限制于此。附图中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的连体式定子的截面图；

图2示出了根据本公开的一个实施例的同步并行连体电机的部分的截面图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的连体式定子的定子齿的示意图；

图4示出了根据本公开的另一个实施例的同步并行连体电机的部分的截面图；以及

图5a和5b示出了根据本公开的另一个实施例的同步并行连体电机的转子的磁体的分布方式。

具体实施方式

为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”、“包含”或者“具有”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“连通”等类似的词语并非限定于附图中所示的物理的或者机械的连接或连通，而是可以包括与其等效的连接或连通，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“竖直”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1至4所示，根据本公开的同步并行连体电机包括连体式定子和转子，所述转子设置于连体式定子内部的腔体内。

如图1至4所示，连体式定子具有至少一个对称轴线以及关于所述对称轴线对称设置的多个定子部分1。定子部分1各包括定子轭2、腔体3、定子齿4以及绕组槽5。此外，定子部分各还包括磁体槽6。本文的附图仅示意性示出了同步并行连体电机的截面，连体式定子和转子均在垂直于附图平面的方向上延伸。

如图1至2所示的连体式定子具有关于一对称轴线、即第一对称轴线A对称设置的两个定子部分1，如图4所示的连体式定子具有关于两个对称轴线、即第一对称轴线A和第二对称轴线B分别对称设置的总共四个定子部分。此外，图1至2中的连体式定子还相对于另一对称轴线A’对称设置，该另一对称轴线A’穿过定子部分1的腔体内设置的转子20的回转轴中心。可以说，图1至2中的连体式定子具有左右、上下对称结构。图4中的连体式定子也具有左右、上下对称结构。

定子轭2具有不完整的环形形式，例如图1中缺少一弧形段的环形。腔体3设置于定子轭2内，并且各个定子部分1具有其自身的腔体。定子齿4由定子轭2的内壁朝向腔体3的中心延伸，例如具有T形截面，并且均匀分布在定子轭2的内壁。绕组槽5沿定子轭2的内壁设置于相邻的两个定子齿4之间，并且均匀分布在定子轭2的内壁上。磁体槽6设置于定子齿4中，其为沿着连体式定子的延伸方向延伸的镂空结构，并且磁体槽6内可以设置有软磁体。由于上下左右的对称设置，各个定子部分1内的定子齿4的数量是相同的，并且绕组槽5、磁体槽6的数量也是相同的。

与使用硅钢制成的常规定子不同，本公开的连体式定子的多个定子部分1通过铁氧体粉体和粘结剂一体成型。具体来说，通过在铁氧体粉体中掺入环氧树脂或聚氨脂作为粘结剂，采用粉末冶金的制备方法将连体定子一次成型，然后放入高温烘箱中硬化。作为粘结剂的环氧树脂或聚氨脂的质量比例如为1％-10％。铁氧体粉体主要是软磁铁氧体，锰锌铁氧体或者镍锌铁氧体。上述方式避免了常规制备过程中的堆叠、切割和拼接工艺，简化了制作过程，从而有利于连体式定子的大规模工业生产。此外，上述方式使整个连体式定子铁芯无硅钢片，实现了去铁化，降低了成本，而且由于铁氧体粉体颗粒被粘结剂包裹，涡流损耗可以减小。

磁体槽6内的软磁体例如为由软磁材料构成的磁条，通过镶嵌工艺安装在磁体槽6内。所述软磁体在安装之前已经预先沿着相应定子部分1的径向取向，取向可以是定子轭2到定子齿4的方向，也可以是定子齿4到定子轭2的方向。磁条径向取向使得在径向方向上的磁条磁性能最好，且在定子齿的磁通路上有更高的饱和磁通密度。例如图1至2中左右两个连接在一起的定子部分1的定子轭2无取向，定子齿4有取向，此种结构使定子齿4具有更高的饱和磁通密度和更低的铁损，因此可以将定子齿设计得更小，减小定子的体积和尺寸，提高电能利用率，减小最大输出转矩电流，提升电机效率。此外，由于降低了铁耗，从而可以降低电机内部温升，防止电机内部温度过高导致永磁体退磁。

软磁体例如是锰锌铁氧体或者镍锌铁氧体，使用此种材料制造的定子是无取向的，但使用此种材料制造的磁条在镶嵌在具有矩形镂空结构的磁体槽5中时是有取向的。

如图1至4所示，关于前文所述的至少一个对称轴线中的一个对称轴线对称设置的两个不同定子部分的连接区域处设置有公共定子齿7，所述公共定子齿包括第一弧形表面13和第二弧形表面14。第一弧形表面13具有与所述两个不同定子部分中的第一定子部分11的定子齿的弧形表面相同的曲率半径，第二弧形表面14具有与所述两个不同定子部分中的第二定子部分12的定子齿的弧形表面相同的曲率半径。如图3所示，一个定子齿的弧形表面由15表示，其曲率半径对应于相应转子的外形，换句话说，对应于相应转子的外轮廓的曲率半径。通过如此设置公共定子齿7的弧形表面，使得其可以与相应定子齿4的弧形表面共同形成一个圆周，公共定子齿7的弧形表面的导磁效果比空气的导磁效果更好，因此可以更进一步的降低铁损，利于转子运转。

在图1至2中，连体式定子具有关于第一对称轴线A对称设置的两个定子部分，所述两个定子部分的连接区域设置于所述第一对称轴线A上。如图2所示，左侧定子部分可以是第一定子部分11，右侧定子部分可以是第二定子部分12。

在图4中，除了上文所述的两个定子部分外，连体式定子还具有关于第一对称轴线A对称设置的另外两个定子部分，所述两个定子部分与所述另外两个定子部分关于垂直于第一对称轴线A的第二对称轴线B对称设置，所述两个定子部分与所述另外两个定子部分的连接区域设置于第二对称轴线B上。如图4所示，如果左上角的定子部分可以是第一定子部分11，右上角的定子部分或左下角的定子部分可以是第二定子部分12。

公共定子齿7关于上文所述的两个不同定子部分的对称轴线对称设置且其中设置有另外的磁体槽8。类似于上文所述的磁体槽6，另外的磁体槽8内也设置有上文所述的软磁体，所述软磁体沿定子的径向取向，从而进一步降低铁损。由于进一步降低了铁耗，从而可以进一步降低电机内部温升，进一步防止电机内部温度过高导致永磁体退磁。另外的磁体槽8关于所述对称轴线也是对称的，因此使得整个定子齿的磁通路上有更高的饱和磁体密度。

如图3所示，上文所述的磁体槽6的侧边缘与相应定子齿的侧边缘相距第一距离，其例如由d1表示，并且磁体槽6的径向内边缘与相应定子齿的弧形表面15相距第二距离，其例如由d2表示。同样地，另外的磁体槽8的侧边缘与相应公共定子齿7的侧边缘也可相距第一距离。图3中的磁体槽6的左右两个侧边缘均与对应的定子齿侧边缘相距第一距离。上文所述的第一距离d1例如为至少0.5mm，从而保证定子齿有一定的机械强度，避免绕线的时候定子齿破碎。上文所述的第二距离例如为至少0.5mm。此外，磁体槽6的径向外边缘不超过定子轭2的径向内边缘。此处所述的径向内边缘或径向外边缘是相对于定子或转子的径向中心所描述的，如图3所示，磁体槽6的径向外边缘为图中的上边缘，径向内边缘为图中的下边缘。

如图2和4所示，公共定子齿7的两侧设置有虚槽16，并且公共定子齿7上不设置绕组。本文使用虚槽来表示该槽内不设置绕组。虚槽可以保证整个电机磁路的完整度。如图2和4所示，多个定子部分1各还包括集中式绕组9，所述集中式绕组9各设置于绕组槽5中且缠绕相应的定子齿4。具体来说，在本公开的连体式定子的绕组槽5内采用集中绕组的三相绕组结构，并且连体式定子还预留一定数量的虚槽，虚槽内不设置绕组，这使得通三相电流时每个槽内电流方向相同。本公开的连体式定子采用集中式绕组，这可通过绕线机进行绕线。集中式绕组线端低，尺寸小，电阻损耗小，结构简单，成本较低，同时因为梯形的反电动势而具有更大的扭矩。

在本公开的同步并行连体电机中，连体式定子如上文所述。如图2和4所示，电机还包括多个转子20，它们设置于相应定子部分1的腔体3内。

与使用硅钢制成的常规转子不同，本公开的电机的转子20通过塑磁材料或通过磁粉和粘结剂一体成型。例如，转子20使用塑磁材料，通过注塑工艺一次成型来制备。或者，转子20使用热固性树脂粘结磁粉进行注塑一次成型来制备。在上述制备过程中可以对转子进行取向。与转子通过将无取向硅钢片的冲压堆叠成型，然后将永磁体镶嵌进转子或者将永磁体贴在转子外圆周面上的常规技术相比，本公开的转子可以简化工艺流程，实现转子铁芯无铁化，成本低，并且转子的波形一致性更好。一个定子部分1中设置的转子20可以包括多个磁体25，所述多个磁体沿着一环形均匀分布且与环形定子轭2同心。一个转子20中的多个磁体25中相邻磁体的磁性相反，即同一转子的相邻磁体N极、S极交替排布。

前文所述的关于至少一个对称轴线中的一个对称轴线对称设置的两个不同定子部分中的第一定子部分11的转子20的多个磁体25与所述两个不同定子部分中的第二定子部分12的转子20的多个磁体25关于所述一个对称轴线对称设置，但磁性相反。例如，如图2所示，安装完成之后，第一定子部分11的转子与第二定子部分12的转子关于第一对称轴线A镜像对称设置，但磁体极性相反。如图4所示，安装完成之后，左上角转子21与右上角转子22关于第一对称轴线A镜像对称设置，但磁体极性相反；左上角转子21与左下角转子23关于第二对称轴线B镜像对称设置，但磁体极性相反；左下角转子23与右小角转子24关于第一对称轴线A镜像对称设置，但磁体极性相反；右上角转子22与右小角转子24关于第二对称轴线B镜像对称设置，但磁体极性相反。

此外，不同定子部分的腔体内设置的转子不直接接触，转子之间存在气隙17。气隙保证不同的转子不直接接触，调整转子间的气隙磁场强度。

在图2所示的电机中，当集中式绕组9中通电流时，因每个绕组槽5内电流方向相同，并且第一定子部分11的转子与第二定子部分12的转子镜像对称设置且磁体极性相反，第一定子部分11的转子与第二定子部分12的转子将同步反向旋转，进而实现对转。

图4的电机的四个转子可以具有不同的极对数。如图5a所示，转子具有10极对数。如图5b所示，转子具有8极对数。极对数的选择取决于具体应用。

如上文所述的连体式定子实现了去铁化、涡流损耗的降低、导磁性的改善以及扭矩的提高，结构简单，成本低廉，并且上文所述的同步并行连体电机可以实现两个转子的同步并行旋转且可以实现同步反向旋转。

此外，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据公开目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本公开之目的为准。

Claims (15)

1.一种连体式定子，用于同步并行连体电机，其特征在于，所述连体式定子具有至少一个对称轴线以及关于所述对称轴线对称设置的多个定子部分(1)，所述多个定子部分各包括：

定子轭(2)，具有不完整的环形形式；

腔体(3)，设置于所述定子轭内；

定子齿(4)，由所述定子轭的内壁朝向腔体的中心延伸；以及

绕组槽(5)，沿所述定子轭的内壁设置于相邻的两个定子齿之间，

其中，关于所述至少一个对称轴线中的一个对称轴线对称设置的两个不同定子部分的连接区域处设置有公共定子齿(7)，

所述公共定子齿包括第一弧形表面(13)和第二弧形表面(14)，所述第一弧形表面(13)具有与所述两个不同定子部分中的第一定子部分(11)的定子齿的弧形表面相同的曲率半径，所述第二弧形表面(14)具有与所述两个不同定子部分中的第二定子部分(12)的定子齿的弧形表面相同的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的连体式定子，其特征在于，所述多个定子部分通过铁氧体粉体和粘结剂一体成型。

3.根据权利要求2所述的连体式定子，其特征在于，所述多个定子部分各还包括磁体槽(6)，所述磁体槽设置于所述定子齿中，并且所述磁体槽内设置有软磁体。

4.根据权利要求3所述的连体式定子，其特征在于，所述公共定子齿关于所述一个对称轴线对称设置且其中设置有另外的磁体槽(8)，所述另外的磁体槽内设置有软磁体。

5.根据权利要求4所述的连体式定子，其特征在于，所述公共定子齿的两侧设置有虚槽(16)，并且所述公共定子齿上不设置绕组。

6.根据权利要求4所述的连体式定子，其特征在于，所述软磁体沿相应的定子部分(1)的径向方向取向。

7.根据权利要求2所述的连体式定子，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂或聚氨脂，并且质量比为1％至10％。

8.根据权利要求3所述的连体式定子，其特征在于，所述磁体槽(6)的侧边缘与相应定子齿的侧边缘相距第一距离，并且所述磁体槽(6)的径向内边缘与相应定子齿的弧形表面相距第二距离，所述第一距离为至少0.5mm，所述第二距离为至少0.5mm。

9.根据权利要求2所述的连体式定子，其特征在于，所述多个定子部分各还包括集中式绕组(9)，所述集中式绕组各设置于所述绕组槽(5)中且缠绕相应的定子齿。

10.根据权利要求2所述的连体式定子，其特征在于，所述连体式定子具有关于第一对称轴线(A)对称设置的两个定子部分，所述两个定子部分的连接区域设置于所述第一对称轴线(A)上。

11.根据权利要求10所述的连体式定子，其特征在于，所述连体式定子还具有关于所述第一对称轴线(A)对称设置的另外两个定子部分，所述两个定子部分与所述另外两个定子部分关于垂直于所述第一对称轴线(A)的第二对称轴线(B)对称设置，所述两个定子部分与所述另外两个定子部分的连接区域设置于所述第二对称轴线(B)上。

12.一种同步并行连体电机，其特征在于，所述同步并行连体电机包括：

如权利要求1至11中任一项所述的连体式定子；以及

多个转子(20)，设置于相应定子部分的腔体内。

13.根据权利要求12所述的同步并行连体电机，其特征在于，所述转子通过塑磁材料或通过磁粉和粘结剂一体成型。

14.根据权利要求12所述的同步并行连体电机，其特征在于，所述转子包括多个磁体(25)，所述多个磁体中相邻磁体的磁性相反。

15.根据权利要求14所述的同步并行连体电机，其特征在于，所述第一定子部分(11)的转子的多个磁体与所述第二定子部分(12)的转子的多个磁体关于所述一个对称轴线对称设置，但磁性相反。

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