专利名称：一种sr外转子电机及其制造方法
技术领域：
本发明属开关磁阻SR电机技术领域，特别是涉及一种SR外转子电机及其制造方法。
背景技术：
随着节能减排的深入，电动汽车已被公认为节能环保的未来汽车，并得到世界各国广泛重视。任一类电动汽车都需用电机作为执行机构来驱动车轮行驶，因此选择较佳的驱动结构对电动汽车推广应用意义重大。综合车辆动力学、电机拖动及其控制工程等多项理论分析，采用轮毂电机直接驱动电动汽车可归纳总结出如下诸多优点:简化机械结构和降低车载自重以利汽车结构布局，即可省去所有庞大而笨重的机械传动链，腾出大量空间供蓄电池布局；降低汽车质心与车身高度；提高车轮控制快速响应性；易实现四轮驱动四轮转向来提高车轮对地面附着力、转向性能以及动能回收率等，易实现传统轿车较难实施的各种高性能控制，从而极大改善汽车行驶安全性、操控性和稳定性。近年来美、英、法、德等国也已将轮毂电机应用于军用越野车和轻型坦克上，并取得相应成果。即通过理论分析和实践均已证实轮毂电机是电动汽车的最佳、最终驱动方式，但由此对电机的调速性能等也提出更高的独特要求。针对汽车行驶于多变路况，以及用蓄电池为能源等特点，对直驱轮毂电机又可归纳出如下独特要求:电机启动力矩大、启动电流小、短时过载能力强、动态响应快、高效调速范围宽、能方便有效发电回馈制动、故障容错性和系统可靠性高等要求。为此通过对永磁直流无刷、交流变频矢量控制以及开关磁阻电机驱动SRD等各类电机调速系统的比较分析，其中SRD是最能较全面地满足上述独特的要求。特别是轮毂电机采用直接驱动汽车车轮，省去常规的机械减速等所有传动链，对电机的低速段运行特性提出了更高的独特要求。通过电机相应的电磁场理论即可证明交、直流电机的转矩随转速降低成一次方增加；而SR电机转矩随转速降低将成二次方指数增加。针对SR电机运行的非线性特点，又利用计算机有限元分析仿真可获得交、直流电机与SR电机的效率与转速曲线图，通过对该三类电机的仿真曲线比较，可知无刷永磁电机和三相异步电机的固有调速特性均在高速段效率较高，这也是大部分调速电机的特点；而SR电机却可在低速段获得较高效率，并通过修改电机的相关设计参数，还可改变高效曲线段所对应的转速值，以适应汽车行驶路况对车速的要求。然而由于SR电机绕组匝数要求与其转速成反比关系，为满足直驱轮毂电机在低速段有较高效率，即需增加较多的绕组匝数。但轮毂电机为外转子结构，绕组处于电机内部较小直径的内定子凹槽内，绕组所需窗口的扇形面积又与半径平方成正比，即使得绕组窗口面积极大受限。另外，现有的内定子铁芯多采用在凸极上施以铆钉的方式将定子冲片铆合在一起，在铆钉固定铁芯处会增加涡流铁损。并且，常规SR电机为固定绕组所需的槽签还要在每个定子凸极齿的气隙端口两边各开约深1_的缺口，由此即会相应减小产生磁通的磁路截面积，从而影响定、转子气隙间产生的磁阻力矩，这对为改善SR电机转矩脉动，需较多增加凸极齿数时，影响尤其突出。
发明内容
本发明目的在于提供一种可有效提高内定子的绕组匝数，减少涡流铁损，又不用在定子凸极齿端口开上槽签所需缺口的SR外转子电机及其制造方法，解决了现有技术所存在的上述技术问题。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案解决的:它包括外转子和设置在外转子内的内定子，其特征在于:所述外转子由转子冲片叠压而成，所述内定子包括定子铁芯，所述定子铁芯由若干定子冲片叠压而成，定子铁芯形成有若干凸极，每个凸极外部套设有一个绕组骨架，绕组骨架包括与凸极外部相配的中空筒状部，绕组骨架通过中空筒状部与铁芯凸极之间紧配合，绕组骨架外端至少在沿铁芯圆周方向形成弧形外翻部，绕组绕设在绕组骨架上。本发明定子铁芯的定子冲片依靠绕设在每个凸极上的绕组骨架实现叠压固定，从而省去了常规铆合定子冲片的铆钉，而减少了磁力线在凸极上的铁芯损耗，一方面提高了磁力转矩和电机效率，另一方面也减少了内定子的发热；同时，绕组可在绕组骨架装配到凸极之前整齐缠绕在由绕组骨架侧壁、圆周方向的弧形外翻部及相邻凸极之间的凹槽中间面围合的区域，可有效提高绕组槽满率，即可在既定的空间有效增加绕组匝数，还可减少绕线长度来降低铜耗和线材；并且省去了在定子凸极齿端口开上槽签所需的缺口，从而也避免了由此产生对磁阻力矩的影响。作为优选，所述绕组骨架外端沿平行于铁芯轴线方向形成左右外翻部，所述左右外翻部与弧形外翻部连为一体，从而可提高弧形外翻部的强度并有利于绕组的整形。作为优选，所述铁芯相邻凸极之间的凹槽呈V形，所述凹槽的V形根部呈弧形倒角，从而可增大定子铁芯凸极之间用于绕设绕组的面积，以增加绕组匝数。作为优选，所述绕组骨架的壁厚为0.4-0.8mm。合理控制绕组骨架的壁厚可最大限定地减少绕组骨架对绕组匝数增加的反作用。SR外转子电机的制造方法，其特征在于步骤如下:
O常规方法制造除内定子之外而包括外转子在内的其余零件；
2)制作与内定子铁芯沿垂直于轴线方向的截面形状相同的定子冲片及工艺冲片及绕组骨架，在工艺冲片凸齿靠近外端部的位置冲制通孔，工艺冲片凸齿的周向齿宽与定子冲片凸齿的周向齿宽相等，工艺冲片凸齿外径Ml大于定子冲片凸齿的外径M2;
3)在绕组骨架上绕制绕组；
4)将若干定子冲片与边上两片工艺冲片层叠在一起，并使定子冲片的凸齿及两片工艺冲片凸齿对齐，其中两片工艺冲片位于内定子铁芯两端，再将两片工艺冲片每个凸齿径向长于定子冲片凸齿的部分沿平行于内定子铁芯轴线的方向相向弯折，再将工艺冲片每个凸齿的端部沿内定子铁芯径向外翻折使两片工艺冲片凸齿靠近外端部的通孔同轴，再在同轴的两通孔中施以螺栓螺帽锁紧形成铁芯毛坯；
5)将步骤4)制作的铁芯毛坯采用空气冷冻至_20°C -100°C，再在铁芯毛坯的每个凸极套上绕设好绕组的绕组骨架，然后再使铁芯毛坯恢复至室温状态，并用胶水或绝缘漆将绕组骨架与铁芯毛坯的凸极固定，绕组骨架与铁芯毛坯的凸极之间形成紧配合，而后将工艺冲片通孔上的螺栓螺母去除，并将工艺冲片凸齿径向长于定子冲片凸齿的部分去除，使工艺冲片凸齿的圆周与定子冲片凸齿的圆周齐平制作完成内定子； 6)将内定子与外转子以及其它零部件按常规方法进行装配制得SR外转子电机。本发明定子铁芯的定子冲片依靠绕设在每个凸极上的绕组骨架实现叠压固定，从而省去了常规铆合定子冲片的铆钉，而减少了磁力线在凸极上的铁芯损耗，一方面提高了磁力转矩和电机效率，另一方面也减少了内定子的发热；同时，绕组可在绕组骨架装配到凸极之前整齐缠绕在由绕组骨架侧壁、圆周方向的弧形外翻部及相邻凸极之间的凹槽中间面围合的区域，可有效提高绕组槽满率，即可在既定的空间有效增加绕组匝数，还可减少绕线长度来降低铜耗和线材。作为优选，所述工艺冲片的厚度为定子冲片厚度的1.5-2倍，从而可保证螺栓螺母对铁芯毛坯的锁紧力。作为优选，所述步骤5)中通过干燥风使铁芯毛坯恢复至室温状态，一方面可加速铁芯毛坯恢复至室温，另一方面可避免铁芯毛坯在恢复至室温的过程中冷凝水积聚在铁芯毛坯表面。作为优选，所述绕组骨架采用注塑一体成型，从而保证了绕组骨架的强度。因此，本发明具有可有效提闻内定子的绕组阻数，减少润流铁损，提闻效率等特点。
图1是本发明的一种内定子和外转子装配示意 图2是本发明的一种分解结构示意 图3是本发明内定子和外转子的端面结构示意 图4是本发明绕组骨架的一种结构示意 图5是本发明定子冲片的一种结构示意 图6是本发明工艺冲片的一种结构示意 图7是本发明定子冲片和工艺冲片层叠并用螺栓螺母锁定的剖示图。
具体实施例方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例1:如图1和图2所示的SR外转子电机，包括外转子I和设置在外转子I内的内定子2，外转子I由转子冲片叠压而成，内定子2包括定子铁芯3，定子铁芯3由多片定子冲片叠压而成，定子铁芯3形成有16凸极4，铁芯相邻凸极之间的凹槽9呈V形，凹槽9的V形根部呈弧形倒角。每个凸极4外部套设有一个绕组骨架5，绕组骨架的壁厚为0.6_。如图4所示，绕组骨架5包括与凸极4外部相配的中空筒状部6，绕组骨架5通过中空筒状部6与铁芯凸极4之间紧配合，绕组骨架5外端在沿铁芯圆周方向形成弧形外翻部7，绕组骨架5外端沿平行于铁芯轴线方向形成左右外翻部8，左右外翻部8与弧形外翻部7连为一体，绕组(图中未表示出)绕设在绕组骨架的中空筒状部6上。上述SR外转子电机采用如下方法制造:
O常规方法制造除内定子之外而包括外转子在内的其余零件；
2)制作与内定子铁芯沿垂直于轴线方向的截面形状相同的定子冲片(参见图5)及工艺冲片(参见图6)及绕组骨架(参见图4)，工艺冲片的厚度为定子冲片厚度的1.5倍，绕组骨架采用注塑一体成型，在工艺冲片凸齿靠近外端部的位置冲制通孔10，工艺冲片凸齿的周向齿宽与定子冲片凸齿的周向齿宽相等，工艺冲片凸齿外径Ml大于定子冲片凸齿的外径M2 ；
3)采用绕线机在绕组骨架上绕制绕组；
4)如图7，将多片定子冲片11与边上两片工艺冲片12层叠在一起，并使定子冲片的凸齿及两片工艺冲片凸齿对齐，其中两片工艺冲片位于内定子铁芯两端，再将两片工艺冲片每个凸齿径向长于定子冲片凸齿的部分14沿平行于内定子铁芯轴线的方向相向弯折，再将工艺冲片每个凸齿的端部沿内定子铁芯径向外翻折使两片工艺冲片凸齿靠近外端部的通孔10同轴，再在同轴的两通孔10中施以螺栓13螺帽锁紧形成铁芯毛坯(参见图8)；
5)将步骤4)制作的铁芯毛坯采用空气冷冻至_20°C _100°C，再在铁芯毛坯的每个凸极套上绕设好绕组的绕组骨架，然后再通过干燥风使铁芯毛坯恢复至室温状态，并用胶水或绝缘漆将绕组骨架与铁芯毛坯的凸极固定，绕组骨架与铁芯毛坯的凸极之间形成紧配合，而后将工艺冲片通孔上的螺栓螺母去除，并将工艺冲片凸齿径向长于定子冲片凸齿的部分去除，使工艺冲片凸齿的圆周与定子冲片凸齿的圆周齐平制作完成内定子；
6 )、将内定子与外转子以及其它零部件按常规方法进行装配制得SR外转子电机。
权利要求
1.一种SR外转子电机，包括外转子和设置在外转子内的内定子，其特征在于:所述外转子由转子冲片叠压而成，所述内定子包括定子铁芯，所述定子铁芯由若干定子冲片叠压而成，定子铁芯形成有若干凸极，每个凸极外部套设有一个绕组骨架，绕组骨架包括与凸极外部相配的中空筒状部，绕组骨架通过中空筒状部与铁芯凸极之间紧配合，绕组骨架外端至少在沿铁芯圆周方向形成弧形外翻部，绕组绕设在绕组骨架上。
2.根据权利要求1所述的SR外转子电机，其特征在于所述绕组骨架外端沿平行于铁芯轴线方向形成左右外翻部，所述左右外翻部与弧形外翻部连为一体。
3.根据权利要求1所述的SR外转子电机，其特征在于所述铁芯相邻凸极之间的凹槽呈V形，所述凹槽的V形根部呈弧形倒角。
4.根据权利要求1所述的SR外转子电机，其特征在于所述绕组骨架的壁厚为0.4-0.8mm。
5.权利要求1-4所述的SR外转子电机的制造方法，其特征在于步骤如下: O常规方法制造除内定子之外而包括外转子在内的其余零件； 2)制作与内定子铁芯沿垂直于轴线方向的截面形状相同的定子冲片及工艺冲片及绕组骨架，在工艺冲片凸齿靠近外端部的位置冲制通孔，工艺冲片凸齿的周向齿宽与定子冲片凸齿的周向齿宽相等，工艺冲片凸齿外径Ml大于定子冲片凸齿的外径M2; 3)在绕组骨架上绕制绕组； 4)将若干定子冲片与边上两片工艺冲片层叠在一起，并使定子冲片的凸齿及两片工艺冲片凸齿对齐，其中两片工艺冲片位于内定子铁芯两端，再将两片工艺冲片每个凸齿径向长于定子冲片凸齿的部分沿平行于内定子铁芯轴线的方向相向弯折，再将工艺冲片每个凸齿的端部沿内定子铁芯径向外翻折使两片工艺冲片凸齿靠近外端部的通孔同轴，再在同轴的两通孔中施以螺栓螺帽锁紧形成铁芯毛坯； 5)将步骤4)制作的铁芯毛坯采用空气冷冻至_20°C -100°C，再在铁芯毛坯的每个凸极套上绕设好绕组的绕组骨架，然后再使铁芯毛坯恢复至室温状态，并用胶水或绝缘漆将绕组骨架与铁芯毛坯的凸极固定，绕组骨架与铁芯毛坯的凸极之间形成紧配合，而后将工艺冲片通孔上的螺栓螺母去除，并将工艺冲片凸齿径向长于定子冲片凸齿的部分去除，使工艺冲片凸齿的圆周与定子冲片凸齿的圆周齐平制作完成内定子； 6 )将内定子与外转子以及其它零部件按常规方法进行装配制得SR外转子电机。
6.根据权利要求5所述的SR外转子电机的制造方法，其特征所述工艺冲片的厚度为定子冲片厚度的1.5-2倍。
7.根据权利要求5或6所述的SR外转子电机的制造方法，其特征所述步骤5)中通过干燥风使铁芯毛坯恢复至室温状态。
8.根据权利要求5或6所述的SR外转子电机的制造方法，其特征所述绕组骨架采用注塑一体成型。
全文摘要
本发明属开关磁阻SR电机技术领域，特别是涉及一种SR外转子电机及其制造方法。它包括外转子和设置在外转子内的内定子，其特征在于所述外转子由转子冲片叠压而成，所述内定子包括定子铁芯，所述定子铁芯由若干定子冲片叠压而成，定子铁芯形成有若干凸极，每个凸极外部套设有一个绕组骨架，绕组骨架包括与凸极外部相配的中空筒状部，绕组骨架通过中空筒状部与铁芯凸极之间紧配合，绕组骨架外端至少在沿铁芯圆周方向形成弧形外翻部，绕组绕设在绕组骨架上。它可有效提高内定子的绕组匝数，减少涡流铁损，又不用在定子凸极齿端口开上槽签所需缺口。
文档编号H02K3/04GK103166338SQ201310086569
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者王贵明, 董炜江, 张华 , 张晓 申请人:杭州杰能动力有限公司