CN218867990U - 一种模块化背绕永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种模块化背绕永磁电机，该电机包括定子、线圈绕组和转子；定子包括定子铁芯，定子铁芯具有定子轭部和自定子轭部向其径向内侧和外侧分别凸出设置的多个第一定子齿和多个第二定子齿；其中，多个第一定子齿与定子轭部围设形成多个内侧槽，多个第二定子齿与定子轭部围设形成多个外侧槽；多个线圈绕组分别缠绕于内侧槽和外侧槽之间的定子轭部上；定子环绕转子设置，或转子环绕定子设置；定义内侧槽和外侧槽的数量均为N，其满足关系式：N＝n*m*p；其中，n为正整数，m为线圈绕组的相数，P为电机的极数。本实用新型改进了电机的定子结构，适用于扁平空间的高速驱动应用场合，实现了面向低极数高速驱动场合的永磁电机的紧凑设计。

Description

一种模块化背绕永磁电机

技术领域

本实用新型涉及背绕式绕组永磁电机技术领域，尤其涉及一种模块化背绕永磁电机。

背景技术

电机通常包括定子和转子，定子包括定子铁芯和绕在定子铁芯上的线圈绕组，转子包括转轴和套在转轴上的转子铁芯，转子铁芯外缘设有永磁体。

在高速驱动场合，永磁电机的运行速度高，频率高，极数低，多采用整数槽绕组。低极数的整数槽绕组电机不可避免地面临着绕组端部长，散热差的难题。在扁平空间的高速驱动应用场合，电机极数低，由于电机轴向尺寸短，常规结构永磁电机轴向有效长度远低于绕组端部长度，绕组端部较长，绕组端部损耗占铜损的大部分，绕组端部占用的空间和绕组端部的散热难题，限制了常规结构电机的功率大小和功率密度。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种模块化背绕永磁电机，旨在实现面向低极数高速驱动场合的永磁电机的紧凑设计。

为实现上述目的，本实用新型提出一种电机，包括：

定子，包括定子铁芯，所述定子铁芯具有定子轭部和自所述定子轭部向其径向内侧和外侧分别凸出设置的多个第一定子齿和多个第二定子齿；其中，多个所述第一定子齿与所述定子轭部围设形成多个内侧槽，多个所述第二定子齿与所述定子轭部围设形成多个外侧槽；

多个线圈绕组，分别缠绕于所述内侧槽和所述外侧槽之间的所述定子轭部上；以及

转子，所述定子环绕所述转子设置，或所述转子环绕所述定子设置；

定义所述内侧槽和所述外侧槽的数量均为N，其满足关系式：N＝n*m*p；其中，n为正整数，m为所述线圈绕组的相数，P为所述电机的极数。

定义所述电机的定子铁芯叠长为Le，其满足关系式：

其中，Do为所述定子的外径，kd为所述定子内外径之比。

可选地，所述定子铁芯包括多个铁芯模块，相邻的两所述铁芯模块通过榫卯结构连接。

可选地，所述铁芯模块的数量等于所述电机的极数；或者

所述铁芯模块的数量为所述电机极数的一半。

可选地，每一所述铁芯模块上的所述第一定子齿、所述第二定子齿和所述定子轭部的数量均为n*m；或者

每一所述铁芯模块上的所述第一定子齿、所述第二定子齿和所述定子轭部的数量均为2*n*m。

可选地，所述第一定子齿、所述第二定子齿和所述定子轭部采用取向硅钢；所述第一定子齿和所述第二定子齿的取向方向为齿高方向；所述定子轭部呈梯形设置，且其取向方向平行于所述定子轭部的上下底边。

可选地，所述转子包括转子铁芯和磁钢，所述磁钢表贴于所述转子铁芯上；或者

所述磁钢至少部分嵌设于所述转子铁芯中。

可选地，所述电机还包括转轴，所述转子套设于所述转轴上。

可选地，所述电机还包括套设于所述定子上的机壳，所述线圈绕组与所述机壳和所述定子铁芯之间的缝隙通过导热灌封材料填充。

可选地，所述内侧槽的横截面面积与所述外侧槽的横截面面积相等。

在本实用新型的技术方案中，该电机包括定子、线圈绕组和转子；定子包括定子铁芯，定子铁芯具有定子轭部和自定子轭部向其径向内侧和外侧分别凸出设置的多个第一定子齿和多个第二定子齿；其中，多个第一定子齿与定子轭部围设形成多个内侧槽，多个第二定子齿与定子轭部围设形成多个外侧槽；多个线圈绕组分别缠绕于内侧槽和外侧槽之间的定子轭部上；定子环绕转子设置，或转子环绕定子设置；定义内侧槽和外侧槽的数量均为N，其满足关系式：N＝n*m*p；其中，n为正整数，m为线圈绕组的相数，P为电机的极数。如此，使得电机结构更加紧凑，同时也提升了电机组装的便利性。

另外，本实用新型的电机适用于扁平空间的高速驱动应用场合，实现了面向低极数高速驱动场合的永磁电机的紧凑设计。

常规结构永磁电机，电机线圈绕组可看成跑道形式，因此一个定子槽内的绕组实际长度可表示为：

其中，Le为铁芯叠长，Do为定子外径，kd为定子内外径之比，p为电机极数。

然而，对于本实用新型背绕式绕组永磁电机，同样假设线圈绕组为跑道形式，因此一个定子槽内的绕组实际长度可表示为：

其中，Le为铁芯叠长，Do为定子外径，Di为定子内径。

对比分析，通过L2<L1化简后可知，定子叠长Le在扁平空间约束下，本实用新型的背绕式绕组优于常规电机绕组结构，扁平空间约束条件为：

换言之，相比于常规电机，本实用新型的电机能够以更短的铁芯有效长度达到与之相同的性能，结构更加紧凑，能够满足扁平空间的高速驱动应用场合的性能需求。而在扁平空间的大小一定的情况下，本实用新型的电机相较于同体积的常规电机的功率大小和功率密度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电机一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型电机一实施例中定子铁芯的结构示意图；

图3为本实用新型电机一实施例中定子铁芯模块的结构示意图；

图4为本实用新型电机另一实施例中定子铁芯模块的结构示意图。

附图标号说明：

10、定子；20、线圈绕组；30、转子；11、定子轭部；12、第一定子齿；13、第二定子齿；10a、内侧槽；10b、外侧槽；110、铁芯模块；31、转子铁芯；32、磁钢；33、转轴；40、机壳；40a、冷却通道。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种模块化背绕永磁电机，特别是背绕式绕组永磁电机，可适用于新能源汽车、轨道交通、电动航空等领域，此处不限。

参照图1和图2，在本实用新型一实施例中，该电机包括定子10、线圈绕组20和转子30；定子10包括定子铁芯，定子铁芯具有定子轭部11和自定子轭部11向其径向内侧和外侧分别凸出设置的多个第一定子齿12和多个第二定子齿13，也即第一定子齿12与第二定子齿13呈背对设置；其中，多个第一定子齿12与定子轭部11围设形成多个内侧槽10a，多个第二定子齿13与定子轭部11围设形成多个外侧槽10b；多个线圈绕组20分别缠绕于内侧槽10a和外侧槽10b之间的定子轭部11上；定子10环绕转子30设置，或转子30环绕定子10设置，也就是说，转子30可以是内转子，也可以是外转子，此处不限。

定义内侧槽10a和外侧槽10b的数量均为N，其满足关系式：N＝n*m*p；其中，n为正整数，m为线圈绕组20的相数，P为电机的极数。

本实施例中，转子30包括转子铁芯31和磁钢32，磁钢32表贴于转子铁芯31上，或者磁钢32至少部分嵌设于转子铁芯31中，也即磁钢32可以是表贴式、表面嵌入式或者嵌入式，此处不限。

参考图1，本实施例中，该电机还可包括转轴33，转子30套设于转轴33上，以实现转子30转动。

为达到较佳的电机性能，本实施例中，内侧槽10a的横截面面积与外侧槽10b的横截面面积可设置为相等，此处不限。

本实用新型的电机适用于扁平空间的高速驱动应用场合，实现了面向低极数高速驱动场合的永磁电机的紧凑设计。

常规结构永磁电机，电机线圈绕组20可看成跑道形式，因此一个定子槽内的绕组实际长度可表示为：

其中，Le为铁芯叠长，Do为定子10外径，kd为定子10内外径之比，p为电机的极数。

然而，对于本实用新型的背绕式绕组永磁电机来说，同样假设线圈绕组20为跑道形式，因此一个定子槽内的绕组实际长度可表示为：

其中，Le为铁芯叠长，Do为定子10外径，Di为定子10内径。

对比分析，通过L2<L1化简后可知，定子10叠长Le在扁平空间约束下，本实用新型的背绕式绕组优于常规电机绕组结构，扁平空间约束条件为：

换言之，相比于常规电机，本实用新型的电机能够以更短的铁芯有效长度达到与之相同的性能，结构更加紧凑，能够满足扁平空间的高速驱动应用场合的性能需求。而在扁平空间的大小一定的情况下，本实用新型的电机相较于同体积的常规电机的功率大小和功率密度更高。

另外，值得一提的是，现有高速背绕式电机绕组结构的线圈嵌入定子槽中，线圈缠绕在定子铁芯上，在线圈匝数多时，现有整块的定子结构绕线工艺相对复杂，生产组装不便利。而本实用新型通过将定义内侧槽10a和外侧槽10b的数量设置为N＝n*m*p，在同体积下能够设置更多的定子槽，使得电机的整体结构相对紧凑。

参考图2至图4，在一些实施例中，定子铁芯可包括多个铁芯模块110，相邻的两铁芯模块110通过榫卯结构连接。如此，使电机的整体结构更加紧凑，有利于电机微型化，同时也方便进行单元化拼接，进一步地提升了组装的便利性。

需要说明，铁芯模块110和缠绕在其上的m相线圈绕组20构成一个的电机定子模块单元，能独立施加电流激励。

为进一步地提升电机整体结构的紧凑性，并提升了组装的便利性，在一实施例中，参考图3，铁芯模块110的数量等于电机的极数，或者铁芯模块110的数量为电机极数的一半。

如图3所示，本实施例中，每一铁芯模块110上的第一定子齿12、第二定子齿13和定子轭部11的数量均可为n*m；或者每一铁芯模块110上的第一定子齿12、第二定子齿13和定子轭部11的数量均可为2*n*m。如此，可以在提升电机功率密度的同时，缩小电机结构的体积，并方便拼接各铁芯模块110。

当然，在另一实施例中，参考图4，定子铁芯可由多个定子齿子部和定子轭子部通过榫卯结构依次拼接围设形成，其中定子齿子部包括一个第一定子齿12及与第一定子齿12一体成型的第二定子齿13，定子轭子部为连接相邻的两定子齿子部的部分。如此，可以提升线圈绕组20安装的便利性。

参考图2，在一实施例中，第一定子齿12、第二定子齿13和定子轭部11可采用取向硅钢。其中，第一定子齿12和第二定子齿13的取向方向为齿高方向；定子轭部11忽略榫卯结构可呈梯形设置，且其取向方向平行于定子轭部11的上下底边。

本实用新型充分利用了取向硅钢在取向方向高饱和磁密及低损耗的优点，通过模块化的结构，定子齿和定子轭的取向方向的设置，保证了定子齿和定子轭的磁通流通方向与取向方向一致，充分利用了取向硅钢的优势。

参考图1，在一实施例中，该电机还可包括环绕定子10设置的机壳40，线圈绕组20与机壳40和定子铁芯之间的缝隙可通过高导热灌封材料填充。如此，可提升生产制造的效率，同时能够提高该电机的散热能力。

本实施例中，机壳40内可开设多个冷却通道40a，冷却通道40a内可通入水等冷却介质，以进一步地提升散热效果。

可以理解的是，本实用新型的电机减小了扁平空间绕组非有效部分的长度，同时绕组能直接被冷却通道40a内的冷液介质所冷却，有效地提升了电机绕组的散热能力，提高了电机性能。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种模块化背绕永磁电机，其特征在于，包括：

定子，包括定子铁芯，所述定子铁芯具有定子轭部和自所述定子轭部向其径向内侧和外侧分别凸出设置的多个第一定子齿和多个第二定子齿；其中，多个所述第一定子齿与所述定子轭部围设形成多个内侧槽，多个所述第二定子齿与所述定子轭部围设形成多个外侧槽；

多个线圈绕组，分别缠绕于所述内侧槽和所述外侧槽之间的所述定子轭部上；以及

转子，所述定子环绕所述转子设置，或所述转子环绕所述定子设置；

定义所述内侧槽和所述外侧槽的数量均为N，其满足关系式：N＝n*m*p；其中，n为正整数，m为所述线圈绕组的相数，P为所述电机的极数。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，定义所述电机的定子铁芯叠长为Le，其满足关系式：

其中，Do为所述定子的外径，kd为所述定子内外径之比。

3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子铁芯包括多个铁芯模块，相邻的两所述铁芯模块通过榫卯结构连接。

4.如权利要求3所述的电机，其特征在于，所述铁芯模块的数量等于所述电机的极数；或者

所述铁芯模块的数量为所述电机极数的一半。

5.如权利要求4所述的电机，其特征在于，每一所述铁芯模块上的所述第一定子齿、所述第二定子齿和所述定子轭部的数量均为n*m；或者

每一所述铁芯模块上的所述第一定子齿、所述第二定子齿和所述定子轭部的数量均为2*n*m。

6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，所述第一定子齿、所述第二定子齿和所述定子轭部采用取向硅钢；所述第一定子齿和所述第二定子齿的取向方向为齿高方向；所述定子轭部呈梯形设置，且其取向方向平行于所述定子轭部的上下底边。

7.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子包括转子铁芯和磁钢，所述磁钢表贴于所述转子铁芯上；或者

所述磁钢至少部分嵌设于所述转子铁芯中。

8.如权利要求7所述的电机，其特征在于，所述电机还包括转轴，所述转子套设于所述转轴上。

9.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机还包括套设于所述定子上的机壳，所述线圈绕组与所述机壳和所述定子铁芯之间的缝隙通过导热灌封材料填充。

10.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述内侧槽的横截面面积与所述外侧槽的横截面面积相等。

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