CN213461275U - 一种定子组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种定子组件，属于电机设备技术领域。该定子组件包括定子铁芯和绕装在定子铁芯上的定子绕组，定子铁芯由多个定子冲片堆叠层压而成，定子冲片包括轭部、齿部和设置在齿部尾端的齿靴，多个齿部且沿轭部的周向均匀分布，相邻的两个齿部之间形成冲片槽，齿部侧边向冲片槽内凸出形成有凸出部。本实用新型可以获得合适的齿部磁场分布，获得较为平均的磁通密度，同时提高冲片槽的槽满率，提高电机的功率密度，同时减小绕线时下线难度，提高生产效率。
Description
技术领域
本实用新型属于电机设备技术领域，更具体地说，涉及一种定子组件。
背景技术
定子是电动机静止不动的部分，定子一般由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成，定子绕组绕装在定子铁芯上形成旋转磁场驱动转子运动，现有电机根据转子位置不同分为“外转子”电机和“内转子”电机，“外转子”是指转子在定子外部转动，“内转子”是指转子在定子内部转动，这两种电机的定子铁芯一般由定子冲片叠压而成，定子冲片包括齿部和轭部，定子绕组一般卷绕在定子冲片的齿部，现有的齿部结构一般分为“平行齿”和“非平行齿”，两种不同的结构设计，平行齿是指齿部的上下尺寸一致，形成齿部两边相平行的结构，非平行齿是指齿部上下尺寸不一致，但相邻齿部之间形成的槽上下尺寸一致，形成槽的两边平行的结构。定子冲片的结构对电动机的整体体积和输出功率具有较大的影响，随着社会的不断发展，对提高电动机功率密度并减小电流密度，降低温升，提高电机效率有着迫切的需求。
现有的定子冲片结构中由于旋转型电动机的横切面是圆形，当定子冲片采用“非平行齿”的结构设计时，其冲片齿部的顶部和底部尺寸不一致，磁力线在齿内的磁通密度是不一致的，致使电动机效率低，电磁噪音大；当定子冲片采用“平行齿”的结构设计时，由于齿部宽度一致，齿部间形成的槽的空间较大且上下宽度不一致，当定子绕组采用铜线进行并行绕线下线时，槽面积未能充分利用、槽满率不高，导致电机温升及漏磁系数增加，降低了电机使用寿命和可靠性，如果用增加绕组用量来增加磁通量来改善磁负荷，保证电机过载能力不便、电机温升降低的方法又增加了电机的生产成本。
发明内容
技术问题：针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种定子组件解决现有定子冲片结构和定子绕组设计导致电动机效率低、槽满率不高、电动机温升快等问题。
技术方案：为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
一种定子组件，包括定子铁芯和绕装在所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯由多个定子冲片堆叠层压而成，所述定子冲片包括轭部、齿部和设置在所述齿部尾端的齿靴，多个所述齿部且沿所述轭部的周向均匀分布，相邻的两个齿部之间形成冲片槽，所述齿部侧边向所述冲片槽内凸出形成有凸出部。
进一步的，所述凸出部的横截面呈矩形或梯形。
进一步的，所述凸出部设置在所述齿部的两个侧边中的至少一个侧边上，且设置有凸出部的侧边上的凸出部数量在一个以上。
进一步的，所述冲片槽数量为6N，N为正整数。
进一步的，所述定子绕组包括多个线圈。
进一步的，所述线圈包括卷绕在凸出部上的第一线圈和卷绕在齿部除凸出部外其余部分上的第二线圈。
进一步的，所述线圈的导线横截面呈矩形。
进一步的，所述第一线圈的导线横截面积与所述第二线圈的导线横截面积不相同。
进一步的，所述第一线圈包括多个子线圈，所述第二线圈包括多个从线圈。
进一步的，所述定子冲片是一体化的硅钢片或由齿形钢带螺旋卷绕而成。
有益效果：相比于现有技术，本实用新型的通过在定子冲片齿部设置凸出部，使得由定子冲片叠压成的定子铁芯成为一种兼顾了齿部磁场分布和槽内空间利用的新型定子铁芯结构，并配合使用不同线径的矩形导线绕制线圈和定子绕组，从而定子组件可以根据电机实际性能需求选择合适的凸出部设计和绕线线圈的线规及分布的组合设计；具有以下优点：1、相比于现有的定子冲片齿部设计可以获得合适的齿部磁场分布，获得较为平均的磁通密度，配合矩形导线同时提高冲片槽的槽满率，提高电机的功率密度，同时减小绕线时下线难度，提高生产效率；2、凸出部和矩形绕线的设计使得电机整体在同等的功率条件下体积变小，生产成本降低，内部热传导和散热性能提升，电机性能和使用寿命提升；3、内部不必要间隙减少，电机整体轻量化、小型化使得电磁噪音降低，同时减小的槽口尺寸，有效降低齿槽力矩，进一步降低电机电磁噪音。
附图说明
图1是本实用新型定子组件第一种实施方式横截面结构示意图；
图2是图1中定子冲片的结构示意图；
图3是本实用新型第一种齿部结构示意图；
图4是本实用新型第二种齿部结构示意图；
图5是本实用新型第三种齿部结构示意图；
图6是本实用新型第四种齿部结构示意图；
图7是本实用新型第五种齿部结构示意图；
图8是本实用新型第六种齿部结构示意图；
图9是本实用新型的定子组件第二种实施方式中定子冲片的结构示意图；
图10是矩形线的槽满率和圆形线的槽满率对比示意图；
图11是示例电机采用矩形线电机效率曲线图；
图12是示例电机采用矩形线电机输出功率曲线图；
图13是示例电机采用圆线电机效率曲线图；
图14是示例电机采用圆线电机输出功率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐明本实用新型。
如图1、图2和图3所示，本实用新型的定子组件第一种实施方式，定子组件包括定子铁芯1和绕装在定子铁芯1上的定子绕组3，定子铁芯1由若干个定子冲片2沿轴向堆叠层压而成，定子绕组3包括多个线圈5，线圈5由矩形导线绕制成(也可以是其他形状导线)，多个线圈5可以采用不同线规(导线横截面积不相同)的导线绕制，定子冲片2包括轭部21、齿部22和设置在齿部22尾端的齿靴23，轭部21呈圆环形，齿部22沿轭部21的周向均匀分布且沿径向向外延伸(适用于“外转子”电机的定子冲片结构)，均匀分布齿部22的数量设置在12个(齿部22数量可以根据电动数量合理设置)，两个相邻的齿部22中间构成冲片槽4，定子绕组3的多个线圈5位于冲片槽4内，冲片槽4数量为6N，且N为正整数，图1中N等于2(N可根据电机设计需求合理选择)；每个齿部22的中间部分的两侧边分别向相邻的冲片槽4内凸出形成有一个凸出部221(凸出部221也可以在齿部22的两个侧边中一个侧边上单边设计，每个侧边上的凸出部221数量也可以设计在一个以上)，凸出部221的横截面呈矩形(也可以是梯形)，矩形的凸出部221上直线平行于齿部22侧边的直线，在图1中齿部22主体呈“平行齿”结构设计，即除了凸出部221的齿部22的主体部分的两侧边相互平行；当齿部22主体为“非平行齿”的结构设计时，即齿部22上下尺寸不一致，齿部22的主体部分两侧边直线不平行时，矩形凸出部221的上直线平行于凸出部所在侧边的直线(图中未示出)。
如图2和图3所示，齿部22每条侧边处设有一个凸出部221，凸出部221设置在齿部22的中间位置呈矩形凸出部，线圈5包括卷绕在凸出部221上的第一线圈51和卷绕在齿部22除凸出部221外其余部分上的第二线圈52，第一线圈51和第二线圈52的导线横截面为矩形，且第一线圈51的导线横截面积与第二线圈52的导线横截面积不相同，即绕在凸出部221部分采用的线规与绕在齿部22其余部分上的导线线规不相同，第一线圈51和第二线圈52的矩形线规线径可以根据电机的需求合理选择，从而可以使得电动机定子的磁场合理分布。
如图4所示，与第一种齿部结构设计不同的地方在于，凸出部221的横截面呈梯形，梯形凸出部221的下底边与齿部22主体的侧边直线重叠，梯形的两腰相等呈等腰梯形，梯形的两腰线也可以如图5所示呈弧形，形成第三种齿部结构，可以作为不同的工艺结构配合不同线规和不同横截面形状的导线绕线。
如图6所示，凸出部221的位置设置在齿部22远离齿靴23的一端，线圈5包括卷绕在凸出部221上的第一线圈51和卷绕在齿部22除凸出部221外其余部分上的第二线圈52，因为定子冲片呈圆形，冲片槽4内的空间越向外越大，再加上凸出部221的位置设计，凸出部221的空间在的冲片槽4的空间内最小，此时设计卷绕在凸出部221上的第一线圈51的矩形导线横截面积小于卷绕在其余部分上的第二线圈52的矩形导线横截面积。
如图7所示，凸出部221的位置设置在齿部22靠近齿靴23的一端，线圈5包括卷绕在凸出部221上的第一线圈51和卷绕在齿部22除凸出部221外其余部分上的第二线圈52，由于定子冲片呈圆形，冲片槽4内的空间越向外越大，凸出部221所在处的冲片槽4的空间还是大于齿部22首端处的空间，此时设计卷绕在凸出部221上的第一线圈51的矩形导线横截面积大于卷绕在其余部分上的第二线圈52的矩形导线横截面积。
凸出部221的位置也可以根据电机实际性能需求(不仅仅是如图3的齿部中部、图6的齿部首端部和图7中的齿部尾端部的设置位置)，选择在合适的齿部位置设计，配合使用不同线规导线的线圈，使得最终绕组获得合适的磁场分布。
如图8所示，齿部22的每条侧边设有两个矩形凸出部221(凸出部221的数量也可以根据磁场分布的需求进行多个设置)，卷绕在凸出部221上的第一线圈51包括第一子线圈511和第二子线圈512(子线圈数量与凸出部数量相对应，凸出部221可以设置M个，凸出部221分为第一凸出部到第M凸出部，子线圈数量对应的也为M个，相应的第一线圈51的子线圈包括第一子线圈到第M子线圈，并对应分布在第一凸出部到第M凸出部上，M为正整数)，第一子线圈511和第二子线圈512两者的矩形导线的横截面积不同，卷绕在齿部22除凸出部221外其余部分上的第二线圈52包括第一从线圈521、第二从线圈522和第三从线圈523(第二线圈52的从线圈数量是M+1，M是子线圈的数量)，第一从线圈521、第二从线圈522和第三从线圈523的导线可以选择相同线规的导线也可以选择不同线规的导线，保证定子齿部磁通密度的一致性，同时保证槽内空间的有效利用。
如图2、图3、图6、图7和图8所示，由于定子冲片的圆形设计和不同的凸出部位置设计(槽内空间整体越向外越大，但有的槽内局部空间由于凸出部的设计使得空间变小)，冲片槽4内的空间大小在各处并不相同，在冲片槽4槽内空间小的部分采用线规较小的导线绕制线圈，在冲片槽4槽内空间大的部分采用线规较大的导线绕制线圈，即第一线圈51的多个子线圈和第二线圈52的多个从线圈可选择多种线规的导线绕制，可以最大可能的保证定子齿部磁通密度的一致性，又可以保证槽内空间的有效利用。
如图9所示，与第一种实施方式不同的地方在于，定子冲片2的齿部22沿轭部21的周向均匀分布且向内延伸(从而这种实施方式的定子冲片2适用与“内转子”结构的电动机，转子位于定子内部)，第二种实施方式的定子冲片的齿部结构可以采用与第一种实施方式的结构相同或相应的结构设计(即图3-图8的齿部结构设计)从而达到相同的技术效果，相应的定子绕组3的多个线圈5的设计也可以与第一种实施方式相同。
如图3和图10所示，由于采用的矩形导线绕制成定子绕组，线圈之间的导线接触更紧密(图3和图10中矩形线相比普通圆线接触更紧密)，槽满率提高(矩形线槽满率可达到90％)，内部空隙变少，矩形的导线扁线与扁线之间的接触面积大，散热和热传导性能更好；定子绕组和定子铁芯槽之间接触更好，热传导更好；而电机对散热和温度是非常敏感的，散热性变好，性能会提升；凸出部221的凸出设计配合线圈5由不同线径的导线绕制，可以提升槽满率，从而提升功率密度；圆线变成扁线，从理论上来说，在空间不变的前提下，扁线电机可以提高槽满率，从而产生更强的磁场强度，从而等同于增加了电机功率，在相同的功率下，电机的体积更小，用材更少，生产成本更低。
在其他参数条件不变的情况下，冲片槽4的面积越大则下线(指用导线绕制定子绕组的过程)越容易，冲片槽4的面积越小则下线越困难，但冲片槽4的面积过大时电动机的效率会降低，通过本实用新型凸出部221的设计，在保证了电动机的效率的同时降低了冲片槽的面积还能不提高下线的难度，从而提高下线工作的工作效率，进而提高了生产效率。
在本实用新型定子铁芯和定子绕组成套组装后，定子绕组3的端部相对于采用圆形导线的定子绕组的端部变短，有利于节省铜材，提升效率；传统的圆线电机，由于工艺问题，它的端部一般留得比较长，否则很容易在工艺过程中损伤铜线。对采用矩形导线绕制绕组的扁线电机来说，绕组线采用硬线，总体加工时端部可以做短，与圆线电机相比可以减少20％的端部尺寸，电机外形空间可以有效减小，可以把整个系统的体积进一步缩小，实现电机的小型化和轻量化；电机电磁噪音更低。采用矩形导线的电机的导线的应力比较大，刚性比较大，电枢具备更好的刚度，对电枢噪音具有抑制作用；可以取相对较小的槽口尺寸，有效降低齿槽力矩，进一步降低电机电磁噪音。
本实用新型的定子冲片可以是传统工艺通过对硅钢片进行冲片--叠装--焊(铆)合成型，也可以采用新型的卷叠工艺，通过冲制齿形钢带--螺旋卷绕--叠合--焊接--挤压成形的新型工艺，提升材料利用率。
如图11-14所示，示例电机为现有48V的500W无刷直流电机，实际使用中，图11是矩形线电机效率曲线图，相比于图13的采用圆形的电机效率提升3-5％；图12是采用矩形线电机最大输出功率曲线图，相比于图14的采用圆线的电机最大输出功率提升约15-20％。
上以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种定子组件，包括定子铁芯(1)和绕装在所述定子铁芯(1)上的定子绕组(3)，所述定子铁芯(1)由多个定子冲片(2)堆叠层压而成，其特征在于，所述定子冲片(2)包括轭部(21)、齿部(22)和设置在所述齿部(22)尾端的齿靴(23)，多个所述齿部(22)沿所述轭部(21)的周向均匀分布，相邻的两个齿部(22)之间形成冲片槽(4)，所述齿部(22)侧边向所述冲片槽(4)内凸出形成有凸出部(221)。
2.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述凸出部(221)的横截面呈矩形或梯形。
3.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述凸出部(221)设置在所述齿部(22)的两个侧边中的至少一个侧边上，设置有凸出部(221)的侧边上的凸出部(221)数量在一个以上。
4.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述冲片槽(4)数量为6N，N为正整数。
5.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述定子绕组(3)包括多个线圈(5)。
6.根据权利要求5所述的定子组件，其特征在于，所述线圈(5)包括卷绕在凸出部(221)上的第一线圈(51)和卷绕在齿部(22)除凸出部(221)外其余部分上的第二线圈(52)。
7.根据权利要求5所述的定子组件，其特征在于，所述线圈(5)的导线横截面呈矩形。
8.根据权利要求6所述的定子组件，其特征在于，所述第一线圈(51)的导线横截面积与所述第二线圈(52)的导线横截面积不相同。
9.根据权利要求6所述的定子组件，其特征在于，所述第一线圈(51)包括多个子线圈，所述第二线圈(52)包括多个从线圈。
10.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述定子冲片(2)是一体化的硅钢片或由齿形钢带螺旋卷绕而成。
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