CN201018318Y - 定子及内装有该定子的电动机 - Google Patents

Abstract

一种定子，其包括：环状轭铁部；设在该轭铁部的多个齿部；在轭铁部卷成环状的多个线圈部。该多个线圈部具有三相星形连接或三相三角形连接的任意一种连接。另外，本实用新型的电动机具备该定子和与该定子对向旋转的转子，转子与轭铁部及齿部产生的旋转磁通同步旋转。通过该构成，可以实现电动机的小型化、低振动、低噪声及高效率化。

Description

定子及内装有该定子的电动机

技术领域

本实用新型涉及一种定子及内装该定子的电动机，其中定子具备在轭铁部卷成环状的多个线圈部，将该线圈部进行三相星形连接或三相三角形连接。

背景技术

图18是表示现有的有代表性的定子的外观图，图19是表示定子的接线图。在图18中，现有的有代表性的定子具备铁心111、绕线112。该结构的定子的绕线方式通常叫做分布绕线，如图19所示，被绕在各槽中的线圈连接成三相星状或三角状，通过使电角度120度相位的交错电流流入每一相而产生旋转磁场，由该旋转磁场对在定子内部的转子产生旋转力。图18所示的现有型的分布绕线定子产生理想的旋转磁场，因此，可使转子流畅地旋转，从而可构成低振动、低噪声的电动机。

上述现有技术得到的定子结构具有可产生理想的旋转磁场的特征，但却有线圈端部113的体积非常大的缺点。流过线圈端部113的电流对电动机的转矩产生没有作用，因此，在该部分产生的铜耗增大而使电动机的效率降低。还有，由于线圈的材料是铜，因此，线圈端部113的体积变大后材料费也变为高价。这样，在分布绕线定子中，因为线圈端部113的体积变大，所以，存在电动机小型化困难、材料费也变为高价、铜损增大而使电动机的效率降低的问题。

另一方面，为解决该问题，而存在集中绕线结构的定子。图20是集中绕线定子的外观图，图21表示其绕线图。集中绕线构造的定子即如图21所示的定子101由轭铁部103和齿部102及槽部104形成，沿围绕各齿部102的周围方向实施绕线112，将这些线圈接成三相三角形或星形。通过这样的连接，由于图20的线圈端部113的体积变小，从而集中绕线的定子与分布绕线相比电动机可小型化。

但是，集中绕线结构产生的磁场分布达不到分布绕线那样的理想的均匀的旋转磁场。图22和图23表示显示分布绕线和集中绕线的磁通流动的图。图22表示在四极分布绕线的定子中装嵌入四极磁铁型转子时的磁通流动，图23表示在四极集中绕线的定子中装入与图22相同的转子时的磁通流动。由图22可看出，分布绕线定子产生的磁场的N极和S极按每90度进行分布，而在集中绕线定子中，如图23所示，在线圈中流动的电流产生的磁场不是按每90度均匀分布。

由以上可知，集中绕线定子可减小线圈端部113，但由于产生的磁场不均匀，因此，存在振动噪声大的缺点。还有，集中绕线定子的绕线线圈每一极的角度比转子每一极的角度小。例如，在图23的示例中，由于转子是四极，因此平均一极为90度，而卷绕于定子齿的线圈1每相平均为60度。其结果为，绕线的有效利用率比分布绕线差，所以，还存在消耗电流增大的缺点。

发明内容

本实用新型是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种定子，该定子具有下面的构成。其具备：环状轭铁部、设在该轭铁部的多个齿部、在轭铁部卷成环状的多个线圈部，该多个线圈部具有三相星形连接或三相三角形连接的任意一种连接。另外，本实用新型还包括：具备该定子和与该定子对向旋转的转子，且转子与在轭铁部及齿部产生的旋转磁通同步旋转的电动机。

根据该构成，不减小转矩常数，而减小线圈端部的体积，从而可实现电动机的小型化。还有，因为在线圈中流动的电流产生的磁通分布均匀，所以，可以得到低振动、低噪声的效果。另外，由于可减小绕线电阻，所以，可实现铜损低且高效率的电动机。

另外，所述多个线圈部中，在圆周方向相邻的线圈部互相不同相。

另外，所述齿部的截面形状为：齿部前端比所述轭铁部侧大。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中的定子的剖面图；

图2是本实用新型实施例1中的定子的绕线结构图；

图3是表示本实用新型实施例1中的定子的磁通分布图；

图4是对本实用新型实施例1中的定子与现有例的定子的转矩常数进行比较的图；

图5是对本实用新型实施例1中的定子与现有例的定子的线间阻抗进行比较的图；

图6是本实用新型实施例2中的电动机的剖面图；

图7是本实用新型实施例2中的其它电动机的剖面图；

图8是本实用新型实施例3中的电动机的剖面图；

图9是本实用新型实施例3中的定子的剖面图；

图10是本实用新型实施例4中的其它电动机的剖面图；

图11是本实用新型实施例4中的其它电动机的剖面图；

图12是本实用新型实施例4中的其它电动机的剖面图；

图13是本实用新型实施例4中的其它电动机的剖面图；

图14是本实用新型实施例5中的电动机的剖面图；

图15是本实用新型实施例5中的其它电动机的剖面图；

图16是表示本实用新型实施例6中的定子的制造方法的图；

图17是表示本实用新型实施例6中的其它定子的制造方法的图；

图18是现有的分布绕线定子的外观图；

图19是现有的分布绕线定子的绕线说明图；

图20是现有的集中绕线定子的外观图；

图21是现有的集中绕线定子的绕线说明图；

图22是现有的分布绕线定子产生的磁通分布图；

图23是现有的集中绕线定子产生的磁通分布图。

具体实施方式

实施例1

图1是本实用新型实施例1中的定子的剖面图。图1所示的本实施例的定子具备定子铁心1、定子铁心的齿部2、轭铁部3、槽部4、线圈6。线圈6在各槽部4卷绕成环状，由线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2、U3、V3、W3、U4、V4、W4构成。U相线圈用实线、V相线圈用点划线、W相线圈用虚线分别表示，进行三相连接。在轭铁部3还具备由非磁性体构成的隔离部5，每个线圈不与相邻的线圈接触。在图2中表示图1所示的定子的绕线接线图。U相线圈U1、U2、U3、U4，V相线圈V1、V2、V3、V4以及W相线圈W1、W2、W3、W4分别串联地连接，它们星形连接。

如图2所示，通过在定子铁心的轭铁部绕线，能够使线圈端部的体积比起分布绕线的体积可设置得非常小。图3是表示使电流在本实用新型的定子中流动时产生的磁通流动的图。在本实用新型的定子中，与用现有例表示的图22的分布绕线的磁通分布完全相同。因而，如现有例说明的集中绕线定子，在绕线中流动的电流产生的磁通分布没有不均匀的情况，因此，即使小型化，也能够将振动、噪声控制在非常小的程度。

图4是表示在本实用新型的定子中装入永久磁铁转子时电流-转矩特性的图。用实线表示本实用新型中的特性，为了便于比较而用虚线表示集中绕线的情况。本实用新型的电流-转矩特性，如前所述，与分布绕线的情况相同。

本实用新型的定子，由于线圈产生的磁通分布与分布绕线相同，因此，转矩常数也与分布绕线是相同的，使线圈端部的体积达到如集中绕线那样小的结果是转矩常数也不会减小。

下表表示使本实用新型的定子和现有型的分布绕线定子及集中绕线定子的积层厚度达到相同时(40mm的情况)的定子高度的比较。

		电动机积层厚度	电动机长度
				现有例	分布绕线	40mm	100mm
集中绕线	40mm	60mm
			本实用新型		40mm	60mm

由此表可知，电动机长度(定子高度)可小型化到与集中绕线相同的尺寸。如上那样，本实用新型的定子不会使转矩常数减小，可减小绕阻端部的体积，同时，可实现低振动、低噪声的电动机，因此，能够得到可解决现有型定子即分布绕线、集中绕线定子的问题的显著效果。

图5是表示对应定子外径R与积层厚度L之比的绕线的线间阻抗(線間抵抗)的关系的图。用实线表示本实用新型的定子的情况，用虚线表示分布绕线定子的情况。本实用新型的定子中，定子的外径R与积层厚度L之比，即L/R为0.5以下时，绕线的线间阻抗比分布绕线定子小，因此，能够减小由于电流在绕线中流动而产生的铜损，从而可实现小型并且高效率的电动机。由此可发现，L/R为0.5以下时，本实用新型的效果最好。

实施例2

图6是在本实用新型的实施例2中的电动机的剖面图。图6是在实施例1所示的定子中装入永久磁铁转子的永久磁铁型同步电动机。通过在本实用新型的定子中装入永久磁铁转子，可由永久磁铁的磁通产生转矩，因此，在绕线电阻小的同时，可以实现小型且高转矩、高效率的电动机。还有，如图7所示，通过将转子作成嵌入磁铁型转子，由此不仅磁力转矩而且磁阻转矩也可有效利用，所以，可以实现铜损更小的永磁同步电动机。

实施例3

图8是本实用新型的实施例3中的电动机的剖面图。图8是在由本实用新型的实施例1所示的定子中装入同步磁阻电动机的多磁通屏蔽型转子的同步磁阻电动机。同步磁阻电动机在转子中不使用永久磁铁，因此，与永久磁铁型同步电动机相比，有消耗电流增大、铜损增大的问题，但通过与本实用新型的定子组合，转矩常数不会降低，而能够减小绕线电阻值，所以，与现有的分布绕线定子相比，能够使同步磁阻电动机的铜损较大幅度地降低。

实施例4

图9是本实用新型的实施例4中的定子的剖面图。在图9中，本实施例的定子具备：定子铁心11、内侧齿部12、轭铁部13、内侧槽部14、外侧齿部17、外侧槽部18。与实施例1相同，U相线圈用实线表示、V相线圈用点划线表示、W相线圈用虚线表示，且三相连接。在本实施例中，为也在实施例1所示的定子的外径侧构成外侧齿17的构造。

在图1所示的实施例1中，在处于外径侧的线圈6对电动机的转矩产生完全没有作用，但如图9所示，通过在定子外侧也设置齿部17，从而定子外径侧的线圈也可产生转矩产生的磁场，所以，用同一电流可产生两倍的转矩。

图10是对图9所示的实施例4的定子，在内侧转子和外侧转子上装入表面磁铁型转子的例子。通过这样的构成，通过在处于内侧槽部14的绕线中流动的电流，在内侧转子20中产生转矩，通过外侧槽部18中流动的电流，在外侧转子21中产生转矩，因此，利用同一电流可产生两倍的转矩，从而可得到小型、大转矩、高效率的电动机。

图11中，表示使图10所示的电动机的外侧转子和内侧转子的磁极交界线的位置错开规定角度α的电动机，即通过使外侧转子23和内侧转子22的磁极交界线的位置错开规定的角度，可降低齿槽转矩，且可得到更低噪声的电动机。

图12是在内侧转子中装嵌入磁铁型转子24，在外侧转子中装嵌入表面磁铁型转子25的永久磁铁型同步电动机。这样，本实用新型的该电动机可用不同种类的转子构成内侧转子24和外侧转子25。另外，在表面磁铁型同步电动机和嵌入磁铁型同步电动机中，利用同一电流产生的转矩达到最大值时的电流相位不同。

因此，如图12所示，通过使内侧转子24和外侧转子25的磁极交界线的位置错开规定的角度β，可使每个转子产生的转矩达到最大，所以，可以实现效率非常高的电动机。

图13是在内侧转子中装嵌入同步磁阻型转子，在外侧转子中嵌入表面磁铁型转子的电动机。这样，本实用新型的该电动机可用不同种类的转子构成内侧转子和外侧转子。另外，在表面磁铁型同步电动机和嵌入磁铁型同步电动机中，利用同一电流产生的转矩达到最大值时的电流相位不同。因此，如图13所示，通过使内侧转子26和外侧转子27的磁极交界线的位置错开规定的角度β，可使每个转子产生的转矩达到最大，所以，可以实现效率非常高的电动机。

实施例5

图14是本实用新型的实施例5中的电动机的剖面图。由于实施例4的电动机在内侧转子及外侧转子装入同步电动机用转子，因此有不能自起动的缺点，而需要安装检侧转子位置的位置传感器进行变换驱动。不用位置传感器驱动的无传感器驱动控制也正在开发，但存在控制电路复杂导致成本提高的问题。图14中将感应电动机用转子30装在内侧转子，而表面磁铁同步电动机用转子31装在外侧转子上。这样，通过在该内侧转子装入感应电动机用转子，从而在开始起动时，感应电动机转子30产生转矩而旋转，当电动机上升到同步转数时，通过作为外侧转子的表面磁铁同步电起动用转子31产生转矩的构成，使电动机在无传感器情况下起动。另外，本实施例的电动机也能够用一般的商用电源驱动，因此，可不设置复杂的变换电路，从而可实现大幅度降低成本。图14中将感应电动机用转子装入内侧转子，但将感应电动机用转子装入外侧转子，将表面磁铁同步电起动用转子装入内侧转子，也可以得到同样的效果。

图15是实施例5的其它实施方式的电动机的剖面图。图15是在内侧转子上装入感应电动机用转子30，在外侧转子装入同步磁阻电动机用转子32的例子，其可以得到与图14同样的效果。

实施例6

图6是表示本实用新型的实施例6中定子的制造方法的图。在本实施例中，其定子制造方法的特征为：将定子铁心沿圆周方向分割为多个区段，在各区段的轭铁部单独地进行绕线，绕线后将分割区段合为一体，将各线圈进行三相星形连接或三角形连接。图16是将定子铁心两分割的例子。这样，通过该分割定子，从而绕线工艺变得简单，与在一体铁心的状态下绕线相比，可得到高占积率绕线达到的效果。图16中在各分割区段的轭铁部单独地进行绕线并将分割区段的A1-A2面和B1-B2面结合，用焊接等方法合为一体，之后，将绕在各轭铁部的线圈进行三相星形连接或三角形连接，由此完成定子。图17是表示实施例6中其它的定子制造方法的图。本实施例中，表示有也在定子外径上设有齿，可装入内侧转子和外侧转子的定子，且与图16同样地沿圆周方向两分割并施行绕线的例子。

从上述各实施例的记载可以明确，本实用新型中，在将多个薄板状电磁钢板层叠，并在定子铁心的各槽部施予独立的线圈的定子中，各槽部的线圈沿围绕定子轭铁的方向绕线而构成线圈，通过各线圈进行三相星形连接或三角形连接，使转矩常数不降低，并使线圈端部的体积减小而能够小型化，同时，能够使在绕线中流动的电流产生的磁通分布均匀，因此，可得到低振动、低噪声的效果。并且，因为绕线阻抗值也能够减小，所以，可以实现铜损低且高效率的电动机，从而提供一种小型、低振动、低噪声、高效率的电动机。

Claims (12)

1.一种定子，其特征在于，包括：

环状轭铁部；

设在所述轭铁部的多个齿部；

在所述轭铁部卷成环状的多个线圈部，

所述多个线圈部具有三相星形连接或三相三角形连接的任意一种连接。

2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述多个线圈部中，在圆周方向相邻的线圈部互相不同相。

3.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述齿部的截面形状为：齿部前端比所述轭铁部侧大。

4.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子的外径R与所述轭铁部轴向的积层厚度L的关系为：L＜0.5R。

5.如权利要求1所述的定子，其特征在于，所述轭铁部沿圆周方向被分割为多个。

6.一种电动机，其特征在于，包括：

具备环状轭铁部、设在所述轭铁部的多个齿部、在所述轭铁部卷成环状的多个线圈部，并且所述多个线圈部具有三相星形连接或三相三角形连接的任意一种连接的定子；

与所述定子对向旋转的转子，

所述转子与所述轭铁部及所述齿部产生的旋转磁通同步旋转。

7.如权利要求6所述的电动机，其特征在于，所述转子具备永久磁铁。

8.如权利要求7所述的电动机，其特征在于，所述转子为嵌入所述永久磁铁的结构。

9.如权利要求6所述的电动机，其特征在于，所述转子为多磁通屏蔽型转子。

10.如权利要求6所述的电动机，其特征在于，所述轭铁部在内径部和外径部两向具备所述齿部。

所述转子具有对应所述内径侧齿部的内侧转子和对应所述外径侧齿部的外侧转子。

11.如权利要求10所述的电动机，其特征在于，所述外侧转子和所述内侧转子通过磁极的变化线错开规定的角度而安装。

12.如权利要求10所述的电动机，其特征在于，所述外侧转子或所述内侧转子的任意一个为感应电动机型转子。

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