一种高功率密度的电机定子铁芯结构及应用其的电的制造方法
【专利摘要】本发明的主要目的在于提供一种高功率密度的电机定子铁芯结构及应用其的电机，该电机定子铁芯结构，包括定子铁芯本体及定子铁芯端部，所述的定子铁芯本体为2D结构，由所述的软磁材料构成；所述的定子铁芯端部，其设在所述的定子铁芯本体的端部，且与所述的定子铁芯本体相配合的一侧，为平面结构，所述的定子铁芯端部的另一侧，圆周上设有凸出平面的挡垣。本发明可以避免软磁复合材料（SMC）的磁饱和点较低的弱点，将SMC用于高功率密度电机；同时，利用软磁复合材料（SMC）所构成的端部铁芯，对与电枢绕组端部以较大的圆角实现接触。这简化了铁芯绝缘层的处理，提高了电枢绕组的可靠性；再者，其制作的电机的结构更加紧凑。这有利于增加电机的功率密度。
【专利说明】
—种高功率密度的电机定子铁芯结构及应用其的电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机定子【技术领域】，具体地讲，是一种高功率密度的电机定子铁芯结构及应用其的电机。
【背景技术】
[0002]电机是指依据电磁定律实现电能转换的一种电磁装置。永磁同步电机(PMSM)，因为其功率密度和电机效率较高，因而在现代工业和家用产品中发挥越来越重要的作用。为了提高电机的功率密度，转子的磁钢需要采用像钕铁硼这样的高磁能量永磁材料做成。电机定子铁芯的磁饱和现象也就比较明显。
[0003]在图1、2显示了一个具有外转子的永磁同步电机(PMSM)的基本结构，其包括定子铁芯P、缠绕在定子铁芯I ^上的电枢绕组2'、转子3'及转子磁钢4'，由于转子磁钢4'和定子铁芯I'之间的作用面的大小与电机实现机电能量转换的能力大小密切相关。为了充分利用磁钢所产生的磁场，电机定子铁芯I ^的长度和转子磁钢4'的长度被设计得基本一致。绕组的上端部61'与转子的端盖部分接近，而下端部62 '与定子的固定器件接近。
[0004]电机定子的电磁部分由电机定子铁芯^和电枢绕组2 ^构成。为了够充分利用空间，定子上的电枢绕组2 '采用集中绕组的形式，以减少端部绕组的空间。
[0005]如图3、4、5所示，一个集中绕组的线圈，一周的长度由两个Lc和两个Le所组成。Lc部分位于铁芯内部，而Le部分位于铁芯外部的端部，从图6可以看出，通常，定子铁芯I ;的长度基本和转子磁钢4'的长度一致，也就是说，绕组的Lc基本和转子磁钢4'的长度一致；
即使采用集中绕组，端部绕组所占的空间对高功率密度的电机还是不容忽视的。这是因为，当使用绕线机把绕组绕进定子铁芯P的槽内，端部绕组的尺寸难以控制得很准确，因此电机定子的电磁部分的尺寸难于控制得很准。即当定子的槽满率较高的时候，绕组的端部很容易松散，甚至造成绕组的脱落。从图2可以看出，如果线圈的端部的61 '松脱，而其面对高速旋转的转子，电机会被严重损坏。所以，在电机的设计中，电机必须为绕组的端部留有足够的空间，以便于安装绕组，并且在电机运行的时候保护绕组。而这样处理的结果，造成电机结构不够紧凑；这些，使得电机的功率密度受到很大限制，而且很难保证对电机产品的生产良率及电机的可靠性。
[0006]当使用软磁复合材料(soft magnetic composite material, SMC),因为其电阻率较高，可以采用如图6所示的三维定子铁芯结构。但SMC的磁饱和点较低。如果直接使用软磁复合材料来做定子铁芯，电机的高能量磁钢不能够充分发挥作用，会导致电机的功率密度下降。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于提供一种高功率密度的电机定子铁芯结构及应用其的电机，其可克服上述缺陷，能解决由于绕组端部对电机体积的影响以及SMC应用在电机铁芯上的局限。
[0008]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种高功率密度的电机定子铁芯结构，其包括定子铁芯本体及定子铁芯端部，所述的定子铁芯本体为2D结构，由所述的软磁材料构成；所述的定子铁芯端部，其设在所述的定子铁芯本体的端部，且与所述的定子铁芯本体相配合的一侧，为平面结构，所述的定子铁芯端部的另一侧，圆周上设有凸出平面的挡垣。
[0009]上述的定子铁芯端部的另一侧，中心设有凸出平面的挡垣，与其圆周上的挡垣配合形成凹陷。
[0010]上述的定子铁芯端部由软磁复合材料制作而成。
[0011]上述的定子铁芯端部上，缠绕电枢绕组的位置，设有倒角。
[0012]上述的倒角为圆弧形倒角。
[0013]上述的定子铁芯端部设有两个，分别设于所述的定子铁芯本体的两端。
[0014]一种电机，其包括有上述的高功率密度的电机定子铁芯结构、电枢绕组、转子及转子磁钢，所述的电枢绕组缠绕在所述的定子铁芯结构上，所述的转子磁钢设于所述的转子内壁上，所述的转子磁钢套设在所述的定子铁芯结构外。
[0015]上述的电枢绕组的线圈端部位于所述的完全安装在所述的定子铁芯端部的凹陷中。
[0016]上述的电枢绕组的部分线圈端部位于所述的定子铁芯端部的外部。
[0017]采用上述技术方案后，本发明具有以下效果:
1)可以充分利用软磁复合材料(SMC)材料的功能，实现3D的铁芯；
2)可以避免软磁复合材料(SMC)的磁饱和点较低的弱点，将SMC用于高功率密度电机；
3)利用软磁复合材料(SMC)所构成的端部铁芯，对与电枢绕组端部以较大的圆角实现接触。这简化了铁芯绝缘层的处理，提高了电枢绕组的可靠性；
4)矽钢片具有磁饱和点较高的特点，但由于只能形成2D结构。混合结构能够使得矽钢片所形成的2D铁芯的性能得到充分利用，从而使得电机的结构更加紧凑。这有利于增加电机的功率密度；
5)当电枢绕组的端部位于在铁芯之中，电枢绕组的端部得到保护。绕组不会出现松脱导的现象，因而生产良率得到提高，电机的可靠性得到加强；
6)由于电枢绕组的端部的一部分，或者全部，位于在铁芯之中，电枢绕组的导线长度得到减少。因而降低了绕组的电阻，提高了电机的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为现有永磁同步电机的立体结构示意图；
图2为现有永磁同步电机的组合示意图；
图3为现有永磁同步电机的一个集中绕组的线圈图一；
图4为现有永磁同步电机的一个集中绕组的线圈图二；
图5为现有永磁同步电机定子电磁部分的结构示意图；
图6为现有的永磁同步电机的定子铁芯结构意图； 图7为本发明的立体分解示意图；
图8为本发明的立体组合图；
图9为本发明缠绕了电枢绕组后的结构示意图；
图10为本发明用于电机的电磁结构立体示意图；
图11为图10的局部放大图；
图12为本发明用于电机的电磁结构的平面示意图；
图13为本发明实施例二的定子铁芯端部的示意图；
图14为图13局部剖的示意图；
图15为本发明电机实施例三的结构不意图一；
图16为本发明电机实施例三的结构示意图二 ；
图17为本发明定子结构的实施例四的结构示意图一；
图18为本发明定子结构的实施例四的结构示意图二。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]实施例一:
参考图7、8所示，本发明公开了一种高功率密度的电机定子铁芯结构，其包括定子铁芯本体1、定子铁芯端部5，其中:
定子铁芯本体1，其为2D结构，由具有较高磁饱和点的软磁材料构成，在本实施例中，其是用矽钢片叠装而成。
[0021]定子铁芯端部5，都是由具有较高电阻率和高导磁率的软磁材料构成，例如软磁复合材料(soft magnetic composite material, SMC);其与定子铁芯本体I配合的一侧，为平面结构，横截面与定子铁芯本体I的横截面完全相同；其另一侧的中心设有凸出平面的挡垣51，圆周上设有凸出平面的挡垣52，配合图11所示，挡垣51、52形成凹陷53。
[0022]使用时，该定子铁芯端部5，可以为一个，也可以为两个，在本实施例中，其为两个，分别设在定子铁芯本体I的两端。
[0023]参考图9所示，定子铁芯端部5的平面结构的一侧，与定子铁芯本体I实现无缝连接，另一端的挡垣51、52的设置，使电枢绕组5的线圈端部可以完全安装在铁芯的凹陷53中，这样，整个电机定子的电磁部分的尺寸就可以被控制得很准，电机结构会更加紧凑。
[0024]参考图10、11、12所示，本发明还分开了一种电机，其包括有上述的定子铁芯结构、电枢绕组2、转子3及转子磁钢4。
[0025]电枢绕组2缠绕在所述的定子铁芯结构上，转子磁钢4设于转子3内壁上，转子磁钢套4设在定子铁芯结构外。
[0026]在使用时，由于定子铁芯的长度相同，即电机的有效电磁作用面相同。但绕组的Lc长度可以降低，因而电枢绕组2的导线的整体长度可以降低(见图3和图4)。这导致电枢绕组2的电阻可以降低。这对于减少因绕组的电阻而产生的损耗是很有意义的。电机的效率可以由此而提高；另外，电枢绕组2的端部在铁芯结构的凹陷53中，因而得到充分的保护。另外，这种结构可以避免产生电枢绕组2部分端部线圈的脱落现象，提高电机生产的良率和使用的可靠性。
[0027]另外，从图10还可以看出，本发明的定子铁芯结构，在线圈长度不变的情况下，该定子铁芯的长度，超过转子磁钢4的长度。这样要以利用磁场的边缘效应，进一步增加电枢绕组所耦合的转子磁钢所产生的磁通量；进一步提高电机的功率。
[0028]实施例二:
参考图13、14所示，其与实施例一相比，不同之处在于:
该实施例的定子铁芯端部5，在与电枢绕组2相接触的部分，即凹陷53处，设有倒角54，倒角54的设置，使得定子铁芯端部5表面的绝缘层厚度很均匀，绝缘层很容易实现，甚至可以免去绝缘层；另外，参考图14所示，带有圆角的定子铁芯端部5，使电枢绕组2避免了和定子铁芯端部5的锐角接触产生磨损，提高了电枢绕组2的可靠性。
[0029]实施例三:
参考图15、16所示，其为本发明电机的实施例三的结构示意图，与实施例一相比，其不同之处在于:
在本实施例中，定子铁芯端部5只有一个，是设于定子铁芯本体I的下端。这种结构可以使得绕组对应于转子的端部61丨(见图2)可以得到充分保护，而定子铁芯的主体部分I(见图8)可以得到加长。这可以让铁芯的主体部分的高导磁率的性能得到充分发挥，而这在许多应用中是非常有意义的。
[0030]实施例三:
参考图17、18所示，其为本发明电机的实施例四的结构示意图，与实施例一相比，其不同之处在于:
在本实施例中，部分电枢绕组2的线圈端部位于定子铁芯端部5的外部。这样处理的结果是，电枢绕组的长度Lc得到一定程度的减少，而端部得到一定程度的保护，并且这可以让铁芯的主体部分的高导磁率的性能得到充分发挥，而这在许多应用中是有意义的。
[0031]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种高功率密度的电机定子铁芯结构，其特征在于:其包括定子铁芯本体及定子铁芯端部，所述的定子铁芯本体为2D结构，由所述的软磁材料构成；所述的定子铁芯端部，其设在所述的定子铁芯本体的端部，且与所述的定子铁芯本体相配合的一侧，为平面结构，所述的定子铁芯端部的另一侧，圆周上设有凸出平面的挡垣。
2.如权利要求1所述的高功率密度的电机定子铁芯结构，其特征在于:所述的定子铁芯端部的另一侧，中心设有凸出平面的挡垣，与其圆周上的挡垣配合形成凹陷。
3.如权利要求1或2所述的高功率密度的电机定子铁芯结构，其特征在于:所述的定子铁芯端部由软磁复合材料制作而成。
4.如权利要求1或2所述的高功率密度的电机定子铁芯结构，其特征在于:所述的定子铁芯端部上，缠绕电枢绕组的位置，设有倒角。
5.如权利要求4所述的高功率密度的电机定子铁芯结构，其特征在于:所述的倒角为弧形倒角。
6.如权利要求1或2所述的高功率密度的电机定子铁芯结构，其特征在于:所述的定子铁芯端部设有两个，分别设于所述的定子铁芯本体的两端。
7.一种电机，其特征在于:其包括有权利要求1-5任一所述的高功率密度的电机定子铁芯结构、电枢绕组、转子及转子磁钢，所述的电枢绕组缠绕在所述的定子铁芯结构上，所述的转子磁钢设于所述的转子内壁上，所述的转子磁钢套设在所述的定子铁芯结构外。
8.如权利要求7所述的电机，其特征在于:所述的电枢绕组的线圈端部位于所述的完全安装在所述的定子铁芯端部的凹陷中。
9.如权利要求7所述的电机，其特征在于:所述的电枢绕组的部分线圈端部位于所述的定子铁芯端部的外部。
【文档编号】H02K1/12GK104426253SQ201310411160
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】毕磊 申请人:峰岹科技（深圳）有限公司