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CN105186816B - 定子和转子的组合结构 - Google Patents

定子和转子的组合结构 Download PDF

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CN105186816B
CN105186816B CN201510420866.2A CN201510420866A CN105186816B CN 105186816 B CN105186816 B CN 105186816B CN 201510420866 A CN201510420866 A CN 201510420866A CN 105186816 B CN105186816 B CN 105186816B
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Abstract

本发明公开了一种定子和转子的组合结构，属于电动机领域。所述定子和转子的组合结构，包括定子和转子，定子包括定子铁芯，定子铁芯上设有与转子相对的绕线齿，且绕线齿均匀分布在定子铁芯上，绕线齿上缠绕有电枢绕组；转子包括转子铁芯和多块磁钢，在转子铁芯的周向上间隔均匀地设置有多个安装槽，每个安装槽内分别嵌设有一块磁钢，多块磁钢包括相邻设置的第一磁钢和第二磁钢，第一磁钢的穿过转子的中心的对称轴为D轴，第一磁钢和第二磁钢之间的穿过转子的中心的对称轴为Q轴，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离为g，在Q轴到D轴的扇形范围内，g沿Q轴到D轴的方向变小。

Description

定子和转子的组合结构
技术领域
本发明涉及电动机领域，特别涉及一种定子和转子的组合结构。
背景技术
永磁电动机主要包括具有由磁钢构成的磁钢磁极部的转子、和由铁芯以及电枢绕组构成的定子。
永磁电动机按照电枢绕组的绕制方式分为分数槽绕组和整数槽绕组两种结构。具有分数槽绕组的永磁电动机大大的降低了绝缘支架所占的槽面积，从而能够提高电枢绕组的实际槽满率、降低绕组的电阻并提高电机的效率。
但是采用分数槽绕组的永磁电动机，电枢反应含有大量的高次谐波，会引起电机铁耗的增加；而且分数槽绕组结构的永磁电动机，因为磁路的不对称性，容易引起局部的磁饱和，引起电机振动和噪音的增加。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种定子和转子的组合结构。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种定子和转子的组合结构，包括定子和转子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设有与所述转子相对的绕线齿，且所述绕线齿均匀分布在所述定子铁芯上，所述绕线齿上缠绕有电枢绕组；所述转子包括转子铁芯和多块磁钢，在所述转子铁芯的周向上间隔均匀地设置有多个安装槽，每个所述安装槽内分别嵌设有一块所述磁钢，所述多块磁钢包括相邻设置的第一磁钢和第二磁钢，所述第一磁钢的穿过所述转子的中心的对称轴为D轴，所述第一磁钢和第二磁钢之间的穿过所述转子的中心的对称轴为Q轴，所述转子端面的外轮廓线上的点到相邻所述绕线齿侧壁之间距离为g，在所述Q轴到所述D轴的扇形范围内，所述g沿所述Q轴到所述D轴的方向变小；
所述转子(5)端面的外轮廓线(50)和所述Q轴的交点到相邻的所述绕线齿(32)侧壁之间的距离为g2，所述转子(5)端面的外轮廓线(50)和所述D轴的交点到相邻的所述绕线齿(32)侧壁之间的距离为g1，1.5≤g2/g1≤3.5；
所述转子铁芯(51)包括多片叠压在一起的转子冲片，所述定子铁芯(31)包括多片叠压在一起的定子冲片；
所述安装槽(53)的长度大于所述磁钢(52)的长度，所述磁钢(52)设于所述安装槽(53)的中心，所述安装槽(53)的两边为非磁性区构成的隔磁桥(56)，所述隔磁桥(56)的宽度M是所述转子冲片厚度的1.5-3倍；
所述绕线齿包括绕线部和连接在所述绕线部端部上的齿前部，所述齿前部端面的外侧轮廓线由齿前弧线段和连接在所述齿前弧线段两端的两根齿前直线段组成，所述外侧轮廓线两端点之间的距离为c，所述齿前直线段的长度为a，所述绕线部的宽度为b，(c-b)/2≤a≤c/2，且所述a、b、c均大于0。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述转子端面的外轮廓线由相间设置的圆弧段和内凹的V型段构成，且所述圆弧段和V型段平滑连接，所述D轴经过所述圆弧段的中心，所述Q轴经过所述V型段的中心。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述圆弧段的半径为R1，所述转子的中心到所述圆弧段与所述D轴交点的距离为R2，所述R1小于所述R2，且所述R1大于0；
所述圆弧段的角度为θ1，所述转子的极对数为P，0.444≤θ1/(360°/P)≤0.665，所述P为正整数。
在本发明实施例的另一种实现方式中，相邻两个所述绕线齿之间夹一定子槽，所述定子槽的底边由定子槽弧线段和连接在所述定子槽弧线段两端的定子槽直线段组成，所述定子槽直线段与所述绕线部的边线垂直且所述定子槽直线段与所述边线平滑过渡连接。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述绕线齿的数量与所述转子极数的比为3：2。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述磁钢通过卡件卡设在所述安装槽内。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的定子和转子组合结构中，定子包括定子铁芯，定子铁芯上设有与所述转子相对的绕线齿，转子包括转子铁芯和多块磁钢，多块磁钢包括相邻的第一磁钢和第二磁钢，第一磁钢的穿过转子的中心的对称轴为D轴，第一磁钢和第二磁钢之间的穿过转子的中心的对称轴为Q轴，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离为g，在Q轴到D轴的扇形范围内，g沿Q轴到D轴的方向变小。转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离，沿Q轴到D轴的方向变小，可以有效的降低了电机的齿槽转矩和运行时的转矩脉动，同时有效的抑制通过定子齿尖磁通的急剧变化和饱和程度，减小径向电磁力的幅值，从而有效的抑制了电机振动和噪音的产生。另外，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离，沿Q轴到D轴的方向变小，使得电机产生的反电动势呈正弦波形，从而降低了电机的谐波电流，进而降低了电机的铁耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种定子和转子的组合结构的结构示意图；
图2是图1所提供的定子和转子的组合结构的局部示意图；
图3是本发明实施例中的定子和转子的组合结构运用在电机中时，其齿槽转矩随机械角度变化示意图；
图4是本发明实施例的定子和转子的组合结构运用在电机中时，不同次数谐波对应的径向电磁力分布示意图；
图5是本发明实施例的定子和转子的组合结构运用在电机中时，其反电动势随机械角度变化示意图；
图6是图1所提供的定子和转子的组合结构的局部示意图；
图7是图1所提供的定子和转子的组合结构中转子的结构示意图；
上述附图中，各零部件的标号如下：
定子3，转子5，定子铁芯31，绕线齿32，电枢绕组33，转子铁芯51，磁钢52，安装槽53，第一磁钢521，第二磁钢522，外轮廓线50，绕线部321，齿前部322，定子槽34，圆弧段54，V型段55，边线3211，底边341，隔磁桥56，卡件57，转轴58。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种定子和转子的组合结构的结构示意图，参见图1，该永磁电动机包括定子3和转子5。
其中，定子3包括定子铁芯31，定子铁芯31上设有与转子5相对的绕线齿32，且绕线齿32均匀分布在定子铁芯31上，绕线齿32上缠绕有电枢绕组33。
转子5包括转子铁芯51和多块磁钢52，在转子铁芯51的周向上间隔均匀地设置有多个安装槽53，每个安装槽53内分别嵌设有一块磁钢52。
参见图2，多块磁钢52包括相邻的第一磁钢521和第二磁钢522，第一磁钢521的穿过转子5的中心的对称轴为D轴，第一磁钢521和第二磁钢522之间的穿过转子5的中心的对称轴为Q轴，转子5端面的外轮廓线50上的点到相邻绕线齿32侧壁之间距离为g，在Q轴到D轴的扇形范围内，g沿Q轴到D轴的方向变小。其中，多块磁钢52为同样的磁钢，第一磁钢521和第二磁钢522可以为多块磁钢52中任意相邻的两块。
具体地，转子5端面的外轮廓线50上的点到相邻绕线齿32侧壁之间的距离可以是转子5端面的外轮廓线50上的点与相邻绕线齿32之间的最小距离。
本发明实施例提供的定子和转子组合结构中，定子包括定子铁芯，定子铁芯上设有与所述转子相对的绕线齿，转子包括转子铁芯和多块磁钢，多块磁钢包括相邻的第一磁钢和第二磁钢，第一磁钢的穿过转子的中心的对称轴为D轴，第一磁钢和第二磁钢之间的穿过转子的中心的对称轴为Q轴，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离为g，在Q轴到D轴的扇形范围内，g沿Q轴到D轴的方向变小。转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离，沿Q轴到D轴的方向变小，可以有效的降低了电机的齿槽转矩和运行时的转矩脉动，同时有效的抑制通过定子齿尖磁通的急剧变化和饱和程度，减小径向电磁力的幅值，从而有效的抑制了电机振动和噪音的产生。另外，转子端面的外轮廓线上的点到相邻绕线齿侧壁之间距离，沿Q轴到D轴的方向变小，使得电机产生的反电动势呈正弦波形，从而降低了电机的谐波电流，进而降低了电机的铁耗。
图3为本发明实施例中的定子和转子的组合结构运用在电机中时，其齿槽转矩随机械角度变化示意图，其中实线代表采用了本发明定子和转子的组合结构的电机(也即图中的本发明电机)，而虚线代表常规电机(也即图中基准)。可见，采用了本发明定子和转子的组合结构的电机的齿槽转矩优于常规电机(越靠近0越好)。
图4是本发明实施例的定子和转子的组合结构运用在电机中时，不同次数谐波对应的径向电磁力分布示意图，其中阴影柱代表采用了本发明定子和转子的组合结构的电机，而空心柱代表常规电机。可见，采用了本发明定子和转子的组合结构的电机的径向电磁力的幅值小于常规电机的径向电磁力的幅值，从而有效的抑制了电机振动和噪音的产生。
图5是本发明实施例的定子和转子的组合结构运用在电机中时，其反电动势随机械角度变化示意图，其中实线代表采用了本发明定子和转子的组合结构的电机，而虚线代表常规电机。可见，采用了本发明定子和转子的组合结构的电机的反电动势呈正弦波，而常规电机呈方波。正弦波形式的反电动势相比于方波而言，除了可以降低电机的谐波电流，进而降低了电机的铁耗外，另外正弦波形式的反电动势中高频谐波较少，便于进行位置检测。
再次参见图2，转子5端面的外轮廓线50和Q轴的交点到相邻的绕线齿32侧壁之间的距离为g2，转子5端面的外轮廓线50和D轴的交点到相邻的绕线齿32侧壁之间的距离为g1，1.5≤g2/g1≤3.5，通过限定距离g的最大值g2和最小值g1之间的比值，可以限定距离g的变化范围，从而保证了该组合结构在抑制电机振动和噪音的产生及降低铁耗过程中所起的作用。
在本发明实施例的一种实现方式中，转子5端面的外轮廓线50由相间设置的圆弧段54和内凹的V型段55构成，且圆弧段54和V型段55平滑连接，D轴经过圆弧段54的中心，Q轴经过V型段55的中心。在本发明实施例的其他实现方式中，转子5端面的外轮廓线50还可以有其他形式，例如将上述实现方式中的V型段55改为直线段，由于绕线齿32侧壁是具有一定弧度的，因此采用直线段，也满足前述g的变化方式。或者，将上述V型段55改为向转子5中心凸的圆弧段，同样可以满足前述g的变化方式。由于可以满足前述g的变化方式的方案很多，这里不一一列举。但需要说明的是，采用圆弧段54和V型段55平滑连接的方式，不仅可以满足g的变化方式，还能有效保证变化的幅度的变化，从而保证了该组合结构在抑制电机振动和噪音的产生及降低铁耗过程中所起的作用。
其中，圆弧段54的半径为R1，转子5的中心到圆弧段54与D轴交点的距离为R2，R1小于R2，且R1大于0。
其中，圆弧段54的角度为θ1，永磁电动机的极对数为P，0.444≤θ1/(360°/P)≤0.665，P为正整数。
具体地，采用上述R1和θ1设计的圆弧段54上的每个点与相邻的绕线齿32侧壁之间的距离变化幅度增大，从而保证了该组合结构在抑制电机振动和噪音的产生及降低铁耗过程中所起的作用。
参见图6，绕线齿32包括绕线部321和连接在绕线部321端部上的齿前部322。
其中，齿前部322端面的外侧轮廓线可以是直线，也可以是弧线。
为了增大绕线齿32侧壁(也即齿前部322端面的外侧轮廓线)与转子5的外轮廓线上的点之间的距离变化幅度，本发明实施例提供了下述的齿前部322端面的外侧轮廓线，具体参见图6，齿前部322端面的外侧轮廓线由齿前弧线段和连接在齿前弧线段两端的两根齿前直线段组成，外侧轮廓线两端点之间的距离为c，齿前直线段的长度为a，绕线部321的宽度为b，(c-b)/2≤a≤c/2，且a、b、c均大于0。上述a、b、c设置可以进一步保证齿前弧线段的长度，从而保证g的变化幅度。
在本发明实施例的一种实现方式中，相邻两个绕线齿32之间夹一定子槽34，定子槽34的底边341由定子槽弧线段和连接在定子槽弧线段两端的两根定子槽直线段组成，定子槽直线段与绕线部321的边线3211垂直且定子槽直线段与边线3211平滑过渡连接。当然，在其他实现方式中，定子槽34的底边341还可以仅由弧线段或者直线段构成。
在本发明实施例中，转子铁芯51可以包括多片叠压在一起的转子冲片，定子铁芯31可以包括多片叠压在一起的定子冲片。其中，冲片可以是导磁钢片。
参见图6和7，安装槽53的长度大于磁钢52的长度，磁钢52设于安装槽53的中心，安装槽53的两边为非磁性区构成的隔磁桥56，隔磁桥56的宽度M是转子冲片厚度的1.5-3倍。上述设计在保证机械强度的同时，通过设置宽度为转子冲片厚度的1.5-3倍的隔磁桥56，有效的限制了磁钢产生的磁场通过绕线齿及隔磁桥52形成的磁场短路，提高了磁铁的利用率并提高了电机的效率。
在本发明实施例的一种实现方式中，绕线齿32的数量与转子5的极数的比为3：2，使得定子和转子组合结构采用分数槽设计，能够有效的提高定子槽的利用率。
当然，上述比值仅作为优选，绕线齿32的数量与转子5的极数的比还可以是其他数值。
在本发明实施例中，绕线齿32的数量与极数具体可以根据实际需要设计，例如如图1所示，绕线齿32的数量为12，转子5的极对数为4，方便定子和转子的设计以及生产。
进一步地，磁钢52通过卡件57卡设在安装槽53内，该卡件57可以为卡簧。
进一步地，该转子还包括转轴58，转子铁芯51套设在转轴58上。
在本发明实施例中，定子和转子组合结构除了采用分数槽外，还采用了集中绕组的设计，降低绕组的长度，降低了电阻，提高了电机的效率。另外，采用嵌入式的永磁转子结构，无需辅助机构即可获得足够的机械强度，同时可以利用转子的凸极性产生的磁阻转矩提高材料的利用率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种定子和转子的组合结构，包括定子(3)和转子(5)，所述定子(3)包括定子铁芯(31)，所述定子铁芯(31)上设有与所述转子(5)相对的绕线齿(32)，且所述绕线齿(32)均匀分布在所述定子铁芯(31)上，所述绕线齿(32)上缠绕有电枢绕组(33)；
所述转子(5)包括转子铁芯(51)和多块磁钢(52)，在所述转子铁芯(51)的周向上间隔均匀地设置有多个安装槽(53)，每个所述安装槽(53)内分别嵌设有一块所述磁钢(52)，其特征在于，
所述多块磁钢(52)包括相邻设置的第一磁钢(521)和第二磁钢(522)，所述第一磁钢(521)的穿过所述转子(5)的中心的对称轴为D轴，所述第一磁钢(521)和第二磁钢(522)之间的穿过所述转子(5)的中心的对称轴为Q轴，所述转子(5)端面的外轮廓线(50)上的点到相邻所述绕线齿(32)侧壁之间距离为g，在所述Q轴到所述D轴的扇形范围内，所述g沿所述Q轴到所述D轴的方向变小；
所述转子(5)端面的外轮廓线(50)和所述Q轴的交点到相邻的所述绕线齿(32)侧壁之间的距离为g2，所述转子(5)端面的外轮廓线(50)和所述D轴的交点到相邻的所述绕线齿(32)侧壁之间的距离为g1，1.5≤g2/g1≤3.5；
所述转子铁芯(51)包括多片叠压在一起的转子冲片，所述定子铁芯(31)包括多片叠压在一起的定子冲片；
所述安装槽(53)的长度大于所述磁钢(52)的长度，所述磁钢(52)设于所述安装槽(53)的中心，所述安装槽(53)的两边为非磁性区构成的隔磁桥(56)，所述隔磁桥(56)的宽度M是所述转子冲片厚度的1.5-3倍；
所述绕线齿(32)包括绕线部(321)和连接在所述绕线部(321)端部上的齿前部(322)，所述齿前部(322)端面的外侧轮廓线由齿前弧线段和连接在所述齿前弧线段两端的两根齿前直线段组成，所述外侧轮廓线两端点之间的距离为c，所述齿前直线段的长度为a，所述绕线部(321)的宽度为b，(c-b)/2≤a≤c/2，且所述a、b、c均大于0。
2.根据权利要求1所述的组合结构，其特征在于，所述转子(5)端面的外轮廓线(50)由相间设置的圆弧段(54)和内凹的V型段(55)构成，且所述圆弧段(54)和V型段(55)平滑连接，所述D轴经过所述圆弧段(54)的中心，所述Q轴经过所述V型段(55)的中心。
3.根据权利要求2所述的组合结构，其特征在于，所述圆弧段(54)的半径为R1，所述转子(5)的中心到所述圆弧段(54)与所述D轴交点的距离为R2，所述R1小于所述R2，且所述R1大于0；
所述圆弧段(54)的角度为θ1，所述转子(5)的极对数为P，0.444≤θ1/(360°/P)≤0.665，所述P为正整数。
4.根据权利要求1所述的组合结构，其特征在于，相邻两个所述绕线齿(32)之间夹一定子槽(34)，所述定子槽(34)的底边(341)由定子槽弧线段和连接在所述定子槽弧线段两端的两根定子槽直线段组成，所述定子槽直线段与所述绕线部(321)的边线(3211)垂直且所述定子槽直线段与所述边线(3211)平滑过渡连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的组合结构，其特征在于，所述绕线齿(32)的数量与所述转子(5)极数的比为3：2。
6.根据权利要求1-4任一项所述的组合结构，其特征在于，所述磁钢(52)通过卡件(57)卡设在所述安装槽(53)内。
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