一种电机定子铁芯、定子绕组模块和轴向磁通电机的制作方法

1.本实用新型属于电机技术领域，具体涉及一种电机定子铁芯、定子绕组模块和轴向磁通电机。


背景技术：

2.电机定子是发电机和起动机等电机的重要组成部分，定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。其中，定子铁芯的结构、设置关系到电机的整体性能。
3.现有技术中，轴向磁通电机的定子铁芯多采用有定子槽的硅钢条卷绕而成，其定子齿部和定子轭部是整体结构。由于齿部和轭部的磁力线走向不同，齿部的磁力线走向平行于轴向，轭部的磁力线垂直于轴向，定子铁芯的材质多采为无取向的硅钢卷，在定子齿部，定子铁芯的损耗较高，磁密饱和点较低，影响电机的整体效率和最大输出转矩。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提出一种电机定子铁芯，包括铁芯主体和分别设置在铁芯主体两端的极靴，所述铁芯主体与所述极靴之间形成有连接平面，所述连接平面与所述铁芯主体轴线垂直，
5.所述铁芯主体具有从其内环侧至外环侧的径向长度，所述极靴的极靴侧边部在所述铁芯主体的径向长度方向的两侧突出于所述铁芯主体；
6.所述极靴侧边部靠近所述铁芯主体的一侧具有向内朝向所述铁芯主体倾斜的极靴斜面，所述极靴斜面的延长线与所述连接平面之间形成极靴角，所述极靴角的取值范围为27
°±3°
。
7.在一个实施例中，所述极靴的远离所述铁芯主体一侧的极靴顶面为与所述铁芯主体轴线垂直的平面，所述极靴顶面与所述极靴斜面形成的夹角与所述极靴角的角度相同。
8.在一个实施例中，所述极靴顶面与所述极靴斜面形成极靴尖角部。
9.在一个实施例中，所述极靴尖角部的端部具有预定厚度，所述电机定子铁芯具有大体呈梯形的横截面。
10.在一个实施例中，所述电机定子铁芯包括多个硅钢条构件，所述硅钢条构件包括铁芯主体部分和分别设置在铁芯主体部分两端的极靴部分，所述极靴部分与铁芯主体部分形成的所述极靴角的取值范围为27
°±3°
；
11.所述多个硅钢条构件的铁芯主体部分的长度相同，所述多个硅钢条构件的至少两个铁芯主体部分的宽度不同，所述多个硅钢条构件位于同一端的至少两个极靴部分的宽度不同；
12.所述多个硅钢条构件以各铁芯主体部分中心线对齐的方式并按照铁芯主体部分的宽度尺寸顺序叠置固定，构成具有台阶状侧边部的所述铁芯主体和/或具有台阶状侧边部的所述极靴。
13.在一个实施例中，所述硅钢条构件呈对称的工字型，包括长方体状的所述铁芯主
体部分以及在所述铁芯主体部分两端分别横向设置的所述极靴部分；
14.所述硅钢条构件的侧壁为平滑侧壁，所述硅钢条构件的侧壁与硅钢条构件的上表面和下表面垂直。
15.在一个实施例中，所述电机定子铁芯由层叠的多块硅钢片构成，所述硅钢片为有取向的硅钢片，所述硅钢片的取向方向与铁芯磁通方向相同。
16.本实用新型实施例提出一种定子绕组模块，包括上所述的电机定子铁芯。
17.在一个实施例中，仅在所述电机定子铁芯的铁芯主体的外侧缠绕绕组，和/或，所述绕组的侧部边缘不超出由所述极靴的侧边部所限定的平面。
18.本实用新型实施例提出一种轴向磁通电机，其电机定子包括基于电机定子中心轴线沿圆周方向设置的多个定子绕组模块，所述多个定子绕组模块中的一个或多个定子绕组模块为如上所述的定子绕组模块。
19.本实用新型的有益效果：本实用新型实施例提出的电机定子铁芯、定子绕组模块和轴向磁通电机，采用模块化设计，加工制造简单，能够提供较大扭矩，铁芯损耗小，电机效率高。
附图说明
20.图1是根据本实用新型第一方面的电机定子铁芯的示意图；
21.图2是图1所示的电机定子铁芯的纵向截面的示意图；
22.图3是根据图1所示的电机定子铁芯的仿真数据(表二)绘制的对照图表；
23.图4是根据本实用新型的第一方面的一个实施例的电机定子铁芯的立体图；
24.图5是根据本实用新型的第一方面的一个实施例的电机定子铁芯的正视图；
25.图6是根据本实用新型的第一方面的另一个实施例的电机定子铁芯的立体图；
26.图7是根据本实用新型的第二方面的电机定子模块的立体图；
27.图8是根据本实用新型的第二方面的电机定子模块的正视图；
28.图9是根据本实用新型的第二方面的电机定子模块的纵向截面图；
29.图10是极靴下缠绕绕组的对比纵向截面图。
具体实施方式
30.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。
31.根据本实用新型的第一方面，提出一种电机定子铁芯1，如图1、2所示，包括铁芯主体11和分别设置在铁芯主体11两端的极靴12，所述铁芯主体11与所述极靴12之间形成有连接平面l，所述连接平面l与所述铁芯主体轴线垂直，所述铁芯主体11具有从其内环侧至外环侧的径向长度(图1的厚度方向)，所述极靴12的极靴侧边部121在所述铁芯主体11的径向长度方向的两侧突出于所述铁芯主体11；所述极靴侧边部121靠近所述铁芯主体11的一侧具有向内朝向所述铁芯主体11倾斜的极靴斜面123，所述极靴斜面123的延长线与所述连接平面l之间形成极靴角θ，所述极靴角θ的取值范围为27
°±3°
。在一个优选实施例中，所述极靴12的远离所述铁芯主体11一侧的极靴顶面122为与所述铁芯主体轴线垂直的平面，所述
极靴顶面122与所述极靴斜面123形成的夹角与所述极靴角θ的角度相同，取值范围为27
°±3°
。
32.其中，所述电机定子铁芯1具有大体呈梯形的横截面，所述梯形的横截面的腰线是直线，当然，如后续实施例可知，所述梯形的横截面的腰线也可以呈台阶状。
33.在优选实施例中，所述极靴顶面122与所述极靴斜面123形成极靴尖角部124，当然，为了防止磕碰损坏极靴尖角部124或其他原因，所述极靴尖角部124的端部具有预定厚度。
34.关于极靴角θ的取值范围为27
°±3°
，是经过发明人多次测试得出的，表一、表二给出了示例性的采用如图1、图2所示的电机定子铁芯的轴向磁通电机的测试数据。其中，通过调节极靴角θ，分别对功率为15kw(大电机)和2.2kw(小电机)的轴向磁通电机进行仿真，电机参数如表一所示，仿真数据如表二所示。
[0035][0036][0037]
表一
[0038][0039][0040]
表二
[0041]
由上述仿真数据和图3可知，不管是对于2.2kw还是15kw的轴向磁通电机，当极靴角θ在27
°±3°
范围内时，输出转矩较大，电机具有较好的性能。
[0042]
发明人需要说明的是，以上数据仅是示例性的，通过对其他不同功率的多个样机的仿真测试，也基本能够得到上述的极靴角θ的取值范围。
[0043]
在根据本实用新型的第一方面的一个实施例中，如图4、图5所示，所述电机定子铁芯1包括多个硅钢条构件13，所述硅钢条构件13包括铁芯主体部分131和分别设置在铁芯主体部分131两端的极靴部分132，与铁芯主体部分131形成的所述极靴角θ的取值范围为27
°±3°
。其中，所述硅钢条构件13的侧壁为平滑侧壁。
[0044]
所述多个硅钢条构件13的铁芯主体部分131的长度(图中的高度方向的尺寸)相同，所述多个硅钢条构件13的至少两个铁芯主体部分131的宽度不同，所述多个硅钢条构件13位于同一端的至少两个极靴部分132的宽度不同。其中，所述多个硅钢条构件13至少包括
第一硅钢条构件与第二硅钢条构件，基于所述第一硅钢条构件的铁芯主体部分和所述第二硅钢条构件的铁芯主体部分所形成的宽度大小关系与基于所述第一硅钢条构件的极靴部分和所述第二硅钢条构件的极靴部分所形成的宽度大小关系不相反，也就是说，如果第一硅钢条构件13的铁芯主体部分131的宽度大于第二硅钢条构件13的铁芯主体部分131的宽度，则第一硅钢条构件13的极靴部分132的宽度也大于或等于第二硅钢条构件13的极靴部分132的宽度，但不会小于第二硅钢条构件13的极靴部分132的宽度，反之亦然。优选的，所述第一硅钢条构件的铁芯主体部分的宽度和所述第一硅钢条构件的极靴部分的宽度的比值与所述第二硅钢条构件的铁芯主体部分的宽度和所述第二硅钢条构件的极靴部分的宽度的比值相同。更优选的，所述多个硅钢条构件13的铁芯主体部分131与极靴部分132的宽度之比均相同。
[0045]
所述多个硅钢条构件13以各铁芯主体部分131中心线对齐的方式并按照铁芯主体部分131的宽度尺寸顺序叠置固定，例如粘接，构成具有台阶状侧边部的所述铁芯主体11和/或具有台阶状侧边部的所述极靴12。优选的，所述铁芯主体11的台阶状侧边部的多条台阶凸棱133基本位于一个平面内，和/或，所述极靴12的台阶状侧边部的多条台阶凸棱134基本位于一个平面内。在所述多个硅钢条构件13的铁芯主体部分131与极靴部分132的宽度之比相同时，上述两个平面相互平行。
[0046]
在本实施例中，如图4、图5所示，所述硅钢条构件13呈对称的工字型，包括长方体状的所述铁芯主体部分131以及在所述铁芯主体部分131两端分别横向设置的所述极靴部分132。所述硅钢条构件13的侧壁与硅钢条构件13的上表面和下表面垂直。
[0047]
在本实施例中，所述电机定子铁芯1可由多个硅钢条构件13叠置构成，优选的采用粘接固定，由此可以在单独加工硅钢条构件13后再进行叠置固定，工艺简单。同时，可以采用较薄的硅钢条制造硅钢条构件13，降低了对铁芯原材料的要求。
[0048]
在上述实施例中，所述多个硅钢条构件13中的一个或多个硅钢条构件13由层叠的多块硅钢片构成。在如图4、图5所示的实施例中，所有硅钢条构件13分别由层叠的多块具有相同形状和尺寸的硅钢片构成。
[0049]
由于采用多片硅钢片加工制造硅钢条构件13，从而使得所述硅钢片可以采用成本较低的有取向的硅钢板冲压成型，使得冲压成型的硅钢片的取向方向均与铁芯磁通方向相同，均为从一个极靴指向另一个极靴，能够优化电机性能，提供较大扭矩，减小铁耗，提升电机效率。
[0050]
在根据本实用新型的第一方面的另一个实施例中，如图6所示，所述电机定子铁芯1由层叠的多块硅钢片构成，所述硅钢片为有取向的硅钢片，硅钢片的取向方向与铁芯磁通方向相同。
[0051]
根据本实用新型的第二方面，本实用新型实施例提出了一种定子绕组模块，包括根据本实用新型第一方面的电机定子铁芯1。
[0052]
如图7、图8和图9所示的定子绕组模块为例，仅在电机定子铁芯1的铁芯主体11的外侧缠绕绕组2，即，不在所述极靴12的极靴斜面123与所述铁芯主体11之间的纵向空间中缠绕绕组2。
[0053]
经发明人研究证明，如果在所述极靴12的极靴斜面123与所述铁芯主体11之间的纵向空间中缠绕绕组2，如图10所示，会产生水平方向的大量漏磁，激发导体的大涡流，减小
的铜耗无法抵消铜涡流，成本上升，电机效率反而下降。因此，仅需要在电机定子铁芯1的铁芯主体11的外侧缠绕绕组2，如图9所示。
[0054]
以下，表三中给出了以上述2.2kw为例，在所述极靴12的极靴斜面123与所述铁芯主体11之间的纵向空间中缠绕绕组2的仿真测试数据。
[0055][0056][0057]
表三
[0058]
其中，所示铁芯主体11外侧缠绕绕组因漏磁而产生的涡流损耗记为p0；对于超出所示铁芯主体11的绕组的部分，最外层线圈21的涡流损耗记为p1，其他层线圈22的涡流损耗记为p2。由表三可知，p1+p2占全部线圈涡流损耗∑p的比重很高，约80％，尤其是最外层线圈21，其体量仅占绕组总体量的极小一部分，但涡流损耗p1却占了绕组总涡流损耗∑p的一半，因此，不能在所述极靴12的极靴斜面123与所述铁芯主体11之间的纵向空间中缠绕绕组。
[0059]
此外，优选的，所述绕组2的侧部边缘不超出由所述极靴12的侧边部所限定的平面。如图7、图8和图9所示，所述绕组2的侧部边缘不超出所述极靴12的台阶状侧边部的多条台阶凸棱134所在的平面。优选的，所述绕组2的侧部边缘与所述极靴12的台阶状侧边部的多条台阶凸棱134所在的平面齐平，即由极靴12限定绕组的体积，以减少铜耗。
[0060]
根据本实用新型的第三方面，本实用新型实施例提出了一种轴向磁通电机，其电机定子包括基于电机定子中心轴线沿圆周方向设置的多个定子绕组模块，所述多个定子绕组模块的一个或多个定子绕组模块为如上所述的定子绕组模块。
[0061]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0062]
以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。