一种定子铁芯、永磁电机及电动汽车的制作方法

1.本实用新型涉及电机技术领域，特别是涉及一种定子铁芯、永磁电机及电动汽车。


背景技术：

2.内置式永磁电机具有体积小、效率高、过载能力强等优点，已被广泛应用于电动汽车领域；在电动汽车领域，特别是乘用车对驱动系统的振动噪音要求较为严苛，因此在设计永磁电机时应尽量减小齿槽转矩、转矩脉动，调节气隙磁场等。
3.相关技术一般都是从绕组结构、定转子结构或永磁体结构等单方面进行改善来削弱齿槽转矩的，在通过改善定转子结构来削弱齿槽转矩时，具体的措施是在齿部开设一个斜槽，这种方式对齿槽转矩改善的效果有限。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种定子铁芯、永磁电机及电动汽车，通过在定子齿上开设周向错位的开口槽，且对开口槽的数量进行限定，降低了电机的齿槽转矩。
5.为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本实用新型的实施例提供了一种定子铁芯，定子铁芯包括多个沿周向分布的定子齿，两个相邻的定子齿之间围成定子槽沿定子铁芯的轴向，将定子齿的齿顶面分为至少两段，每段上均设置有开口槽，开口槽的开口方向朝向定子铁芯的圆心方向，相邻的开口槽周向错位设置，且开口槽的长度之和与定子齿的轴向长度相同。
6.在一些实施例中，在垂直于定子铁芯的中心轴线的截面内，开口槽径向截面的形状为矩形或三角形。
7.在一些实施例中，在垂直于定子铁芯的中心轴线的截面内，开口槽横截面的形状为弧形。
8.在一些实施例中，开口槽的半径r满足：0.125w＜r≤0.25w；w为定子齿的齿顶面的宽度。
9.在一些实施例中，开口槽轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿中心面的夹角α满足：其中，n为定子槽的数量。
10.在一些实施例中，沿定子铁芯的轴向，将定子齿的齿顶面分为三段，依次分别为第一段齿顶面、第二段齿顶面和第三段齿顶面，第一段齿顶面、第二段齿顶面和第三段齿顶面上分别开设第一开口槽、第二开口槽和第三开口槽。
11.在一些实施例中，第一开口槽和第三开口槽在同一轴设置。
12.在一些实施例中，第一开口槽、第二开口槽和第三开口槽的轴线沿着定子齿的周向，依次向同一方向移动，使得第一开口槽、第二开口槽和第三开口槽在平行于所述定子铁芯的中心轴线的截面内的轴向截面成阶梯状。
13.在一些实施例中，当将定子齿的齿顶面分为n段时，每段的长度之间满足：l1＝ln、l2＝ln-1、l3＝ln-2
……
；其中，ln为第n段的长度。
14.在一些实施例中，当定子齿的齿顶面分为奇数段时，第(n+1)/2段的长度为定子齿的轴向长度与其余(n-1)段长度和的差。
15.根据本技术的另一个方面，本实用新型的实施例提供了一种永磁电机，永磁电机包括上述的定子铁芯。
16.在一些实施例中，永磁电机还包括转子，转子的表面开设有向内凹陷的修形区，且修形区与定子齿一一对应。
17.在一些实施例中，修形区最深凹陷部分的深度b满足：b＞r；其中，r 为开口槽的半径。
18.根据本技术的另一个方面，本实用新型的实施例提供了一种电动汽车，电动汽车包括上述的永磁电机。
19.与现有技术相比，本实用新型的定子铁芯至少具有下列有益效果：
20.将定子齿的齿顶面分为至少两段，每段上均设置有开口槽，相邻的开口槽周向错位设置，且开口槽的长度之和与定子齿的轴向长度相同，也就是说至少两个开口槽横跨定子齿的轴向长度，通过这种方式降低了电机的齿槽转矩和转矩脉动，进而改善了电机的振动噪音。
21.另一方面，本实用新型提供的永磁电机是基于上述定子铁芯而设计的，其有益效果参见上述定子铁芯的有益效果，在此，不一一赘述。
22.另一方面，本实用新型提供的电动汽车是基于上述永磁电机而设计的，其有益效果参见上述永磁电机的有益效果，在此，不一一赘述。
23.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
24.图1是本实用新型的实施例1提供的一种定子铁芯的结构示意图；
25.图2是图1中a处的局部放大图；
26.图3是本实用新型的实施例1提供的一种定子铁芯中定子齿的齿顶面的结构示意图；
27.图4是本实用新型的实施例1提供的一种定子铁芯中定子齿的齿顶面的侧视图；
28.图5是本实用新型的实施例1提供的一种定子铁芯的另外一种结构示意图；
29.图6是图5中b处的局部放大图；
30.图7是本实用新型的实施例1提供的一种定子铁芯中定子齿的齿顶面的另外一种结构示意图；
31.图8是本实用新型的实施例1提供的一种定子铁芯中定子齿的齿顶面的另外一种侧视图；
32.图9是本实用新型的实施例1提供的一种定子铁芯中开口槽轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿的中心面的夹角α的示意图；
33.图10是本实用新型的实施例2提供的一种永磁电机的结构示意图；
34.图11是图10中c处的局部放大图；
35.图12是本实用新型的实施例2提供第一种永磁电机中修形区的放大图；
36.图13是图12中h处的局部放大图；
37.图14是采用本实施例提供的定子铁芯与传统的定子铁芯在相同工况下的转矩对比图。
38.其中：
39.1、定子齿；2、定子槽；3、开口槽；4、转子；31、第一开口槽；32、第二开口槽；33、第三开口槽；41、修形区。
具体实施方式
40.为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
41.在本实用新型的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本实用新型的限制。
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.实施例1
44.本实施例提供一种定子铁芯，如图1所示，定子铁芯包括多个沿周向分布的定子齿1，两个相邻的定子齿1之间围成定子槽2，沿定子铁芯的轴向，将定子齿1的齿顶面分为至少两段，每段上均设置有开口槽3，开口槽 3的开口方向朝向定子铁芯的圆心方向，相邻的开口槽3周向错位设置，且开口槽3的长度之和与定子齿1的轴向长度相同。
45.在永磁电机领域，齿槽转矩是在设计和制造电机时必须考虑和解决的关键问题；齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和定子铁心之间相互作用产生的转矩，是由永磁体与电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的；齿槽转矩会使电机产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能；针对于此，本实施例将定子齿1的齿顶面分为至少两段，每段上均设置有开口槽3，相邻的开口槽3周向错位设置，且开口槽3的长度之和与定子齿1的轴向长度相同，也就是说至少两个开口槽3横跨定子齿的轴向长度，通过这种方式降低了电机的齿槽转矩和转矩脉动，进而改善了电机的振动噪音。
46.具体地，将定子齿1的齿顶面分为至少两段，每段上均设置有开口槽3，相邻的开口槽3周向错位设置，由于设置了开口槽3，会导致磁导发生变化，气隙磁密会叠加一个反向的空间谐波分量，实现定子齿1中心的聚磁效果，使得磁密空间分布更接近于正弦波，定子齿1的磁饱和降低，改善了齿槽转矩和转矩脉动，进而提升了电机的效率和输出能力。
47.在具体实施例中：在垂直于定子铁芯的中心轴线的截面内，开口槽3 横截面的形
状为矩形、三角形或弧形。
48.具体地，开口槽3的横截面可以有不同形状，比如矩形、三角形、弧形等，但通过对各种形式的开口槽3进行仿真后得出：当开口槽3横截面的形状为弧形时，对应的永磁电机的各项指标均得到优化。
49.在具体实施例中：
50.开口槽3的半径r满足：0.125w＜r≤0.25w；w为定子齿1的齿顶面的宽度(如图11所示)；具体地，开口槽3的大小主要由其半径r决定，通过仿真不同r大小的开口槽3，发现r的大小与定子齿宽w之间满足0.125w ＜r≤0.25w时，齿槽转矩最小。
51.在具体实施例中：
52.如图9所示，开口槽3轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α满足：其中，n为定子槽2的数量。
53.具体地，夹角α为两个面之间的夹角，其中一个面为开口槽3轴心与定子铁芯轴心形成的面，另一个面为定子齿1的中心面；当将定子齿1的齿顶面分为两段，每段上均设置有开口槽3时，任意一个开口槽3轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α满足：0
°
≤α＜90
°
；当将定子齿1的齿顶面分为三段，每段上均设置有开口槽3时，任意一个开口槽3轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α满足： 0
°
≤α＜60
°
；当将定子齿1的齿顶面分为四段，每段上均设置有开口槽 3时，任意一个开口槽3轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α满足：0
°
≤α＜45
°
；也就是说：本实施例对开口槽3轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α进行限定，通过这种限定方式使得齿槽转矩优化效果更佳。
54.在具体实施例中：
55.在保证齿槽转矩较优的前提下，为了加工的便利性，沿定子铁芯的轴向，将定子齿1的齿顶面分为三段，依次分别为第一段齿顶面、第二段齿顶面和第三段齿顶面，第一段齿顶面、第二段齿顶面和第三段齿顶面上分别开设第一开口槽31、第二开口槽32和第三开口槽33。
56.上述第一开口槽31、第二开口槽32和第三开口槽33的开设方式有以下两种：
57.第一种，如图1-4所示，第一开口槽31和第三开口槽33在同一轴向设置，具体地，由于第一开口槽31和第三开口槽33在同一轴向上，而第二开口槽32偏离该轴向，因此使得第一开口槽31、第二开口槽32和第三开口槽33的轴向截面成v型或倒v型，即中间(第二开口槽32)相较于两端(第一开口槽31和第三开口槽33)凸出或凹陷；也就是说，第一开口槽 31轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α1与第三开口槽33轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α3大小相同；这种情况下对第二开口槽32轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿 1的中心面的夹角α2的大小不做限定，主要其可以满足相邻的开口槽3周向错位设置即可。
58.第二种，如图5-8所示，第一开口槽31、第二开口槽32和第三开口槽 33的轴线沿着定子齿1的周向，向同一方向移动，使得第一开口槽31、第二开口槽32和第三开口槽33在平行于所述定子铁芯的中心轴线的截面内成阶梯状；也就是说，沿着同一方向(顺时针或逆时针)，第一开口槽31 轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α1、第二开口槽 32轴心与定子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α2、第三开口槽33轴心与定
子铁芯轴心所在的面与定子齿1的中心面的夹角α3，依次增大或者依次减小。
59.在具体实施例中：
60.当将定子齿1的齿顶面分为n段，且n为偶数时，每段的长度之间满足：l1＝ln、l2＝ln-1、l3＝ln-2
……
；其中，ln为第n段的长度；
61.当将定子齿1的齿顶面分为n段，且n为奇数时，每段的长度之间满足：l1＝ln、l2＝ln-1、l3＝ln-2
……
；其中，第(n+1)/2段的长度为定子齿 1的轴向长度与其余n-1段长度和的差。
62.具体地，假设l为定子齿1的轴向长度；当将定子齿1的齿顶面分为两段时，l1＝l2＝0.5l；当将定子齿1的齿顶面分为三段时，l1＝l3， l2＝l-l1-l3；当将定子齿1的齿顶面分为四段时，l1＝l4，l2＝l3；当将定子齿的齿顶面分为五段时，l1＝l5，l2＝l4，l3＝l-l1-l2-l4-l5。
63.为了更好的说明本实施例的效果，如图14所示为将本实施例提供的定子铁芯和传统的定子铁芯的齿槽转矩进行对比的效果图，对比的前提为：本实施例的定子铁芯为在传统的定子铁芯上开设第一开口槽31、第二开口槽32和第三开口槽33，且第一开口槽31和第三开口槽33同轴设置，从图中可以看出，开槽后齿槽转矩明显减小。
64.实施例2
65.本实施例提供一种永磁电机，永磁电机包括实施例1的定子铁芯。
66.本实施例将实施例1中的定子铁芯应用在永磁电机中，通过改善齿槽转矩和转矩脉动，进而提升了永磁电机的效率和输出能力。
67.在具体实施例中：如图10和图11所示，永磁电机还包括转子4，转子 4位于定子铁芯内，还包括设置在转子内的轴，转子4与轴相耦合；具体地，定子铁芯接收电能，并响应于该电能而产生磁场，定子铁芯的磁场与转子4 的磁场相互作用以在轴上产生机械能。
68.在具体实施例中，为了进一步获得较佳的正弦空载反电动势波形，在转子4的表面开设向内凹陷的修形区41，且修形区41与定子齿1一一对应，即：每个定子齿1对应的转子4处均开设有一个修形区41。具体地，如图 12所示，修形区41由弧线e、虚弧线g、线段d组成；也就是说，在转子 4的表面去除修形区41后，其与定子齿1端面上的开口槽3配合，可以获得较佳的正弦空载反电动势波形。
69.另外，如图13所示，修形区41最深凹陷部分的深度b满足：b＞r；其中，r为开口槽3的半径；这样，整个永磁电机的齿槽转矩、空载反电势、转矩脉动等电机性能指标均可达到最优。
70.实施例3
71.本实施例提供一种电动汽车，电动汽车包括实施例2的永磁电机。
72.本实施例通过将实施例2中的永磁电机应用在电动汽车中，通过定子铁芯上的开口槽与转子上的修形区之间的配合，降低了永磁电机的空载反电动势的谐波含量，降低了永磁电机的齿槽转矩、转矩脉动，进而削弱了电动汽车的振动噪音，提高了乘客的舒适感。
73.综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。
74.以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍
属于本实用新型技术方案的范围内。