CN105914911A - 定子、电机和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定子、电机和空调器，其中，定子包括：多个绕线骨架，多个绕线骨架互相连接并形成环形结构；斜槽结构，设置在绕线骨架的朝向环形结构的中心线的表面上，其中，斜槽结构包括第一斜槽结构和第二斜槽结构，第一斜槽结构的倾斜方向和第二斜槽结构的倾斜方向相反，多个绕线骨架中的一部分绕线骨架上设置有第一斜槽结构，另一部分绕线骨架上设置有第二斜槽结构。本发明的技术方案解决了现有技术中的电机易产生齿槽转矩，并影响电机的性能的问题。

Description

定子、电机和空调器

技术领域

本发明涉及制冷设备技术领域，具体而言，涉及一种定子、电机和空调器。

背景技术

随着永磁材料性能的不断提升，永磁无刷直流电机越来越广泛地应用于高性能的速度与位置控制系统。然而在永磁无刷直流电机中，当定转子存在相对运动时，处于永磁体极弧部分的定子铁芯齿与永磁体间的磁导基本不变，因此在定子铁芯齿周围的磁场与基本不变，而与永磁体的两侧面对应的由一个或两个齿所构成的一小段区域内，磁导变化大，引起磁场储能的变化，从而产生齿槽转矩，导致转矩波动，引起震动与噪声，影响系统的控制精度。因此，降低齿槽转矩是高性能永磁无刷直流电机设计制造中必须解决与考虑的关键问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种定子、电机和空调器，以解决现有技术中的电机易产生齿槽转矩，并影响电机的性能的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种定子，包括：多个绕线骨架，多个绕线骨架互相连接并形成环形结构；斜槽结构，设置在绕线骨架的朝向环形结构的中心线的表面上，其中，斜槽结构包括第一斜槽结构和第二斜槽结构，第一斜槽结构的倾斜方向和第二斜槽结构的倾斜方向相反，多个绕线骨架中的一部分绕线骨架上设置有第一斜槽结构，另一部分绕线骨架上设置有第二斜槽结构。

进一步地，每个绕线骨架上均设置有斜槽结构。

进一步地，第一斜槽结构为多个，第二斜槽结构为多个。

进一步地，相邻的两个第一斜槽结构之间设置有一个或者多个第二斜槽结构。

进一步地，斜槽结构的两端贯通绕线骨架的沿中心线方向的两端的端面。

进一步地，斜槽结构的横截面为多边形或者圆形。

进一步地，各第一斜槽结构与中心线的夹角相等。

进一步地，各第二斜槽结构与中心线的夹角相等。

进一步地，第一斜槽结构的与第二斜槽结构的数量相等。

进一步地，绕线骨架包括：内板和外板；绕线板，连接在内板和外板之间，其中，斜槽结构设置在内板的朝向中心线的表面上。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括定子，定子为上述的定子。

根据本发明的另一方面，提供了一种空调器，包括电机，电机为上述的电机。

应用本发明的技术方案，通过在定子的绕线骨架上设置斜槽结构，能够有效地降低电机的齿槽转矩。同时斜槽结构包括倾斜方向相反的第一斜槽结构和第二斜槽结构，因此空气在流通过第一斜槽结构和第二斜槽结构后能够使定子保持受力平衡，进而使得电机运转的更加稳定。因此本发明的技术方案解决了决现有技术中的电机易产生齿槽转矩，并影响电机的性能的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的定子的实施例的立体结构示意图；

图2示出了图1定子的空气流通示意图；

图3示出了图1中定子的绕线骨架的展开示意图；

图4示出了图3中定子的主视示意图；以及

图5示出了图3中定子的俯视示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、绕线骨架；11、内板；12、外板；13、绕线板；20、斜槽结构；21、第一斜槽结构；22、第二斜槽结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

随着永磁材料性能的不断提升，永磁无刷直流电机越来越广泛地应用于高性能的速度与位置控制系统。然而在永磁无刷直流电机中，当定转子存在相对运动时，处于永磁体极弧部分的定子铁芯齿与永磁体间的磁导基本不变，因此在定子铁芯齿周围的磁场与基本不变，而与永磁体的两侧面对应的由一个或两个齿所构成的一小段区域内，磁导变化大，引起磁场储能的变化，从而产生齿槽转矩，导致转矩波动，引起震动与噪声，影响系统的控制精度。因此，降低齿槽转矩是高性能永磁无刷直流电机设计制造中必须解决与考虑的关键问题。本申请提供了一种能够降低齿槽转矩的定子，具体结构如下：

如图1所示，本实施例的一种定子包括多个绕线骨架10和斜槽结构20。其中，多个绕线骨架10互相连接并形成环形结构。斜槽结构20设置在绕线骨架10的朝向环形结构的中心线的表面上，斜槽结构20包括第一斜槽结构21和第二斜槽结构22，第一斜槽结构21的倾斜方向和第二斜槽结构22的倾斜方向相反，多个绕线骨架10中的一部分绕线骨架10上设置有第一斜槽结构21，另一部分绕线骨架10上设置有第二斜槽结构22。

应用本实施例的技术方案，通过在定子的绕线骨架10上设置斜槽结构20，能够有效地降低电机的齿槽转矩。同时斜槽结构20包括倾斜方向相反的第一斜槽结构21和第二斜槽结构22，因此空气在流通过第一斜槽结构21和第二斜槽结构22后能够使定子保持受力平衡，进而使得电机运转的更加稳定。因此本实施例的技术方案解决了决现有技术中的电机易产生齿槽转矩，并影响电机的性能的问题。

需要说明的是，上述的倾斜方向相反是指，以第一斜槽结构21和第二斜槽结构22的上端为例，第一斜槽结构21的上端向左偏斜，第二斜槽结构22的上端向右偏斜。因此第一斜槽结构21为向左倾斜，第二斜槽结构22为向右倾斜。

下面将说明斜槽结构20降低电机齿槽转矩的原理。

没有斜槽结构20的电机气隙和永磁体重的磁场能量为：

公式1：

没有斜槽结构20的电机齿槽转矩表达式为：

公式2：

设置斜槽结构20时，电机气隙和永磁体中的磁场能量为：

公式3：

设置斜槽结构20时，齿槽转矩表达式为：

公式4：

在上述的公式中：B_r(θ)为永磁体剩磁；δ(θ,α)为有效气隙长度；h_m(θ)为永磁体充磁方向长度沿圆周方向的分布；α为齿中心与永磁体中心间的夹角，即定转子的相对位置；La为定子铁芯叠高；z为定子铁芯槽数；R₁、R₂分别为定子铁芯外径与定子轭内半径；p为极对数；n为使nz/2p为整数的整数；N_S为斜槽数；θ_S1用弧度表示的定子齿距。

由公式1和公式2可以看出，未设置斜槽结构20时，齿槽转矩各项系数为固有系数，只能通过其他手段降低齿槽转矩但不可能为0。由公式2和公式3可以看到，设置斜槽结构20后，齿槽转矩可消除其中的第n次谐波，只需令为0，即N_S为的整数倍。在选择N_S时，首先要削弱次数为N_p(N_p为极数、槽数与极数最大公约数的比值)的齿槽转矩谐波，即有可以看出当时，只要控制好斜槽倾斜齿距，各齿槽转矩谐波均可被消除，即不存在齿槽转矩。但需要说明的是，在工程实际中，通过优化上述的参数能够尽量的减小齿槽转矩，但是不可能完全消除齿槽转矩。E＝4.44NkfΦ，其中E为反电动势系数，N为绕组匝数，f为电频率，Φ为磁通。定子铁芯开斜槽，其中N、K、f均不变，Φ的幅值减小，故反电动势减小。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，每个绕线骨架10上均设置有斜槽结构20。具体地，在每个绕线骨架10上均设置斜槽结构20能够有效地降低齿槽转矩。当然，在未示出的实施方式中。也可以在多个绕线骨架10中的一部分上设置有斜槽结构20。斜槽结构20的具体设置方式本领域技术人员可以根据实际工作需要决定。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，第一斜槽结构21为多个，第二斜槽结构22为多个。具体地，空气在通过第一斜槽结构21和第二斜槽结构22时产生的分力相反，因此多个第一斜槽结构21和多个第二斜槽结构22能够让电机更加稳定的运行。

如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，相邻的两个第一斜槽结构21之间设置有一个或者多个第二斜槽结构22。优选地，本实施例中的第一斜槽结构21和第二斜槽结构22依次排布。上述结构能够使得第一斜槽结构21和第二斜槽结构22首尾相连并形成通路。气流在通过第一斜槽结构21和第二斜槽结构22时会在通路中流动，进而使得气流的流动更加平缓，并有利于电机的平稳运行。具体地，图2中的虚线即为气流在第一斜槽结构21和第二斜槽结构22的流动方向示意图，从图2中可以看到，气流从第一斜槽结构21的下端流出后进入至第二斜槽结构22的下端，并从第二斜槽结构22的上端流出后在进入至相邻的第一斜槽结构21，并最终形成循环流动。当然，第一斜槽结构21和第二斜槽结构22的布置方式不限于此，在未示出的实施方式中，相邻的第一斜槽结构21之间也可以设置多个第二斜槽结构22。

如图3至图5所示，在本实施例的技术方案中，斜槽结构20的两端贯通绕线骨架10的沿中心线方向的两端的端面。图3为图1中定子的绕线骨架10的展开示意图。从图4可以看到，斜槽结构20的两端贯通绕线骨架10的上下方向的两个端面。

如图5所示，在本实施例的技术方案中，斜槽结构20的横截面为多边形或者圆形。斜槽结构20的截面图形本领域技术人员可以根据实际工作需要决定。

如图1和图4所示，各第一斜槽结构21与定子的中心线的夹角相等。各第二斜槽结构22与定子中心线的夹角相等。具体地，从图4可以看到，当把多个绕线骨架10展开后，各第一斜槽结构21之间平行设置，各第二斜槽结构22之间平行设置。上述结构使得定子的结构更加规整，同时也便于制造。

如图1所示，在本实施例的技术方案中，第一斜槽结构21的与第二斜槽结构22的数量相等。具体地，第一斜槽结构21和第二斜槽结构22的数量均为六个。当多个绕线骨架10环绕成环形结构时，第一斜槽结构21和第二斜槽结构22数量相等可以保证第一斜槽结构21和第二斜槽结构22之间均首尾相连，并形成连续的通道。

如图1和图3所示，在本实施例的就技术方案中，绕线骨架10包括内板11、外板12和绕线板13。绕线板13连接在内板11和外板12之间，其中，斜槽结构20设置在内板11的朝向中心线的表面上。当多个绕线骨架10围绕成环形时，内板11组成定子的内环，外板12组成定子的外环。

本申请还提供了一种电机，根据本申请的电机的实施例包括定子，定子为上述的定子。

本申请还提供了一种空调器，根据本申请的空调器的实施例包括电机，电机为上述的电机。

根据上述结构，本申请的定子有以下特点：

本申请根据现有技术中存在的问题做出了相应的解决方案。不同于传统链式定子铁芯，该链式定子铁芯在结构上做出完善，具体如下：

该定子铁芯结构为链式如图3，链式铁芯结构自动化程度高，可实现较高槽满率要求。，在内表面设有定子铁芯第一斜槽结构21与第二斜槽结构22，第一斜槽结构21与第二斜槽结构22连通上下两个端面，第一斜槽结构21与第二斜槽结构22形状结构相同，仅倾斜方向不同；对斜结构相对于单一方向斜槽的优势在于气隙更加的均匀，在实际工程中，在电机运行的过程中，由于单方向斜槽结构没有形成通路，对空气的流动性与未开槽的定子相同，导致电机转子在运动中受力不平衡，从而导致电机气隙不均匀，气隙不均匀也会影响齿槽转矩的大小与分布，该链式铁芯可成圆，成圆后其结构如图1所示。

该结构在电机运行过程中极大的降低了齿槽转矩，而齿槽转矩的宏观表现为震动与噪声，故使用该种定子铁芯结构可以削弱电机运行中所产生的震动与噪声；在N、K、f均不变的情况下，磁通与反电动势成正比，磁通减小即降低反电动势，目前永磁无刷直流电机多采用电机内置控制电路直接调速控制电机，故反电动势存在破坏内置控制电路电子元器件的可能，造成电机可靠性降低，降低反电动势，可以提高电机质量和整机运行可靠性；

对斜槽结构相对于单一方向斜槽的优势在于气隙更加的均匀，在实际工程中，在电机运行的过程中，由于单方向斜槽结构没有形成通路，对空气的流动性与未开槽的定子铁芯相同，导致电机转子在运动中受力不平衡，从而导致电机气隙不均匀，气隙不均匀会直接影响齿槽转矩的大小与分布，而对斜槽的结构在定子中形成一个闭合的通路(如图4所示)，空气在形成的通路中流动，从力学的角度分析，这样可以改善电机转子在运动过程中受力不平衡的现象，从而使电机的气隙更加的均匀。在对斜槽结构的电机气隙更加均匀，斜槽对齿槽转矩的削弱效果要更加优于单方向斜槽结构。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (12)

1.一种定子，其特征在于，包括：

多个绕线骨架(10)，多个所述绕线骨架(10)互相连接并形成环形结构；

斜槽结构(20)，设置在所述绕线骨架(10)的朝向所述环形结构的中心线的表面上，

其中，所述斜槽结构(20)包括第一斜槽结构(21)和第二斜槽结构(22)，所述第一斜槽结构(21)的倾斜方向和所述第二斜槽结构(22)的倾斜方向相反，多个所述绕线骨架(10)中的一部分所述绕线骨架(10)上设置有所述第一斜槽结构(21)，另一部分所述绕线骨架(10)上设置有所述第二斜槽结构(22)。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，每个所述绕线骨架(10)上均设置有所述斜槽结构(20)。

3.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，所述第一斜槽结构(21)为多个，所述第二斜槽结构(22)为多个。

4.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，相邻的两个所述第一斜槽结构(21)之间设置有一个或者多个所述第二斜槽结构(22)。

5.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述斜槽结构(20)的两端贯通所述绕线骨架(10)的沿所述中心线方向的两端的端面。

6.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述斜槽结构(20)的横截面为多边形或者圆形。

7.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，各所述第一斜槽结构(21)与所述中心线的夹角相等。

8.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，各所述第二斜槽结构(22)与所述中心线的夹角相等。

9.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，所述第一斜槽结构(21)的与所述第二斜槽结构(22)的数量相等。

10.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述绕线骨架(10)包括：

内板(11)和外板(12)；

绕线板(13)，连接在所述内板(11)和外板(12)之间，

其中，所述斜槽结构(20)设置在所述内板(11)的朝向所述中心线的表面上。

11.一种电机，包括定子，其特征在于，所述定子为权利要求1至10中任一项所述的定子。

12.一种空调器，包括电机，其特征在于，所述电机为权利要求10中所述的电机。