CN111277057A - 一种定子结构及电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定子结构及电机，定子结构包括：定子轭、定子齿、绕设在定子齿上的线圈以及冷却组件。其中，定子轭与转子相互套设；定子齿插接在定子轭上，且定子齿朝向转子一侧突出设置；冷却组件包括设置在外界的冷却体以及调温件；调温件夹设在相邻的定子齿所缠绕的线圈之间、或调温件夹设在定子齿与相邻定子齿所缠绕的线圈之间；冷却体与调温件热交换连接。冷却体与调温件热交换连接。相邻定子齿上的线圈相互分离，使得不同的线圈不会由于空间位置上相互靠近而彼此受到影响，调温件的设置将短路产生的热量向冷却体一侧传导，从而保证在使用过程中，短路产生的热量快速传输到外界，从而减少温升对电机的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电机散热技术领域，具体涉及一种定子结构及电机。
背景技术
永磁电机具有很好的机械特性，转矩特性优异，分数槽集中绕组永磁电机以其高效率、高转矩密度、紧凑端部空间的优点。保证永磁电机定位转矩小、转矩波动小。被广泛应用在空间紧凑的直接驱动场合，在上述的应用场合中，永磁电机作为重要的动力来源，其对空间大小要求较高，因此如何提高分数槽集中绕组永磁电机转矩密度成为电机驱动领域关注的焦点。
扁铜线绕组是常用的通过降低铜损和提升绕组传热性能的技术手段，能有效地提升电机转矩密度和效率。整数槽电机常用的扁铜线绕组技术可分为发卡绕组和波绕组两种，其中若电机采用发卡绕组，则可不需要采用开口槽定子，但在绕组出线的一侧，需要进行大量的焊接实现固定；而波绕组可以避免出线端的大量焊接，但需要采用开口槽定子。因此，在实际使用时，由于发卡绕组端部焊接会占用轴向空间，因此，发卡绕组并不适合用于分数槽集中绕组电机。
根据文章D.Li,T.Zou,R.Qu and D.Jiang,"Analysis of Fractional-SlotConcentrated Winding PM Vernier Machines With Regular Open-Slot Stators,"inIEEE Transactions on Industry Applications,vol.54,no.2,pp.20-30,March-April2018.，表明分数槽集中绕组电机采用半闭口槽时出转矩能力高于开口槽，且采用半闭口槽时槽开口大小对反电势的影响非线性变化，进而非线性影响输出转矩。
因此，现有通常采用波绕组以及半开口的定子设置方式，例如，中国专利文献CN109660035A公开了一种电机、分块定子及分块定子的制造方法。其中，定子包括多个定子齿和多个定子轭。使用时，先将所有定子轭沿同一圆周通过焊接连接的方式拼接成定子铁芯外圈；将线圈绕在定子齿四周，而后将定子齿插接入定子轭形成的铁芯外圈内，形成完整的定子。
但是，上述的分块定子的制造过程中，由于定子轭部为拼接焊接而成，定子外圆非完成外圆，定子铁芯外圆在于机壳配合过程中，定子铁芯外圆与机壳之间存在配合公差，而公差的存在容易造成定子散热效果变差；此外，在相邻定子齿上缠绕着不同的绕组，但若其中一个绕组发生短路等现象时，绕组外周的绝缘层将会被破坏，将在绕组的短路处形成较大的热量，因此将会影响在其相邻定子齿上绕组的散热而增大电机的温升，进而使得电机的损坏进而缩短电机寿命。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的分块定子在使用过程中，由于定子轭的配合公差导致钉子散热效果变差；同时由于相邻线圈在空间上相互影响，导致散热效果较差，致使电机的温升较大，造成电机使用以及寿命受到影响的缺陷。
为此，本发明提供一种定子结构，包括：
定子轭，与转子相互套设；
若干定子齿，插接在所述定子轭上，且所述定子齿朝向所述转子一侧突出设置；
若干组线圈，绕设在所述定子齿上；
还包括冷却组件，所述冷却组件包括设置在外界的冷却体，以及调温件；所述调温件夹设在相邻的所述定子齿所缠绕的线圈之间、或所述调温件夹设在定子齿与相邻定子齿所缠绕的线圈之间；所述冷却体与所述调温件热交换连接。
可选地，上述的定子结构，所述所述冷却组件还包括导温件，
所述导温件设置在所述调温件和所述线圈，或所述导温件设置在调温件与所述定子齿之间。
可选地，上述的定子结构，所述定子齿朝向所述转子的一端具有沿所述转子周向方向延伸的齿尖；
相邻所述定子齿的齿尖与所述定子轭朝向所述转子一侧的壁面共同形成槽口朝向所述转子方向的半闭口槽。
可选地，上述的定子结构，所述的定子齿包括安装定子齿和隔离定子齿，所述安装定子齿和所述隔离定子齿交替排设在所述定子轭的靠近所述转子一侧的周向壁面上；所述安装定子齿外周绕设有线圈；或
所述定子齿包括安装定子齿，所述安装定子齿外周绕设有线圈。
可选地，上述的定子结构，所述定子轭在所述安装定子齿的安装一侧设有安装槽，所述安装定子齿的齿根固定安装在所述安装槽内。
可选地，上述的定子结构，所述安装槽与所述安装定子齿之间设有绝缘导热层。
可选地，上述的定子结构，所述安装定子齿为取向硅钢，所述硅钢的取向方向与所述定子轭径向方向同向设置。
一种电机，包括：机壳，具有容纳腔体；以及设置在所述容纳腔体内的：
转子，以及上述的定子结构；
其中，所述转子套设在所述定子结构外；或
所述转子套设在所述定子结构内。
可选地，上述的电机，所述机壳内设有冷却流道，所述冷却流道与冷却调温件通过冷却介质连通；
所述冷却流道为所述冷却体。
可选地，上述的电机，所述冷却组件为热管，所述热管的吸热端为调温件，所述热管的冷却端为所述冷却体，所述冷却端与所述机壳内的冷却流道贴合。
本发明提供的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的定子结构，包括：定子轭、定子齿、线圈以及冷却组件。其中，定子轭与转子相互套设；定子齿插接在所述定子轭上，且所述定子齿朝向所述转子一侧突出设置；线圈绕设在所述定子齿上；
所述冷却组件包括设置在外界的冷却体，以及调温件；所述调温件夹设在相邻的所述定子齿所缠绕的线圈之间、或所述调温件夹设在定子齿与相邻定子齿所缠绕的线圈之间；所述冷却体与所述调温件热交换连接。
此结构的定子结构，在完整定子轭上插接定子齿，通过冷却组件的设置，一方面将相邻定子齿上的线圈相互分离，使得不同的线圈不会由于空间位置上相互靠近而彼此受到影响，进而保证缠绕在不同定子齿的线圈相对独立，使得即使一个线圈受到短路的影响时，通过调温件的设置将短路产生的热量向冷却体一侧传导，从而保证在使用过程中，短路产生的热量快速传输到外界，保证定子结构内部温升较小，从而保证对电机的影响较小。此外，通过完整定子轭上插接定子齿，保证了作为内转子电机时，定子轭与电机的机壳之间不会由于配合公差造成散热效果变差，进一步提升电机出转矩能力，保证电机输出效率的稳定性。
2.本发明提供的定子结构，所述所述冷却组件还包括导温件，所述导温件设置在所述调温件和所述线圈，或所述导温件设置在调温件与所述定子齿之间。此结构的定子结构，通过导温件的设置，保证将故障线圈一侧的温度向调温件一侧传导，进一步强化定子结构的散热能力，提升电机出转矩能力，保证电机输出效率的稳定性。
3.本发明提供的定子结构，所述定子齿朝向所述转子的一端具有沿所述转子周向方向延伸的齿尖；相邻所述定子齿的齿尖与所述定子轭朝向所述转子一侧的壁面共同形成槽口朝向所述转子方向的半闭口槽。此结构的定子结构，通过半闭口槽的形成，进一步提高电机输出扭矩能力。
4.本发明提供的定子结构，所述的定子齿包括安装定子齿和隔离定子齿，所述安装定子齿和所述隔离定子齿交替排设在所述定子轭的靠近所述转子一侧的周向壁面上；所述安装定子齿外周绕设有线圈；或所述定子齿包括安装定子齿，所述安装定子齿外周绕设有线圈。在两种绕组线圈的绕线方式中，分数槽双层集中绕组以及分数槽单层集中绕组，均可以通过冷却组件中的调温件实现对定子结构的快速散热，从而保证电机输出扭矩能力的稳定性。
5.本发明提供的定子结构，所述定子轭在所述安装定子齿的安装一侧设有安装槽，所述安装定子齿的齿根固定安装在所述安装槽内。所述安装槽与所述安装定子齿之间设有绝缘导热层。
此结构的定子结构，在实际使用时，可以先将线圈绕设在安装定子齿上，而后通过将安装定子齿的齿根插设在安装槽内进行组装，也可以将安装定子齿安装在安装槽内，再进行线圈的绕设固定，从而，上述通过安装槽的设置，在提升绕设线圈的灵活性的同时，进一步提高定子齿上线圈绕设的槽满率。
通过绝缘导热层的设置，进一步保证线圈短路所产生的热量可以通过安装定子齿朝向齿根一侧传导，并通过绝缘导热层向定子轭一侧传导，进而实现将热量向定子轭一侧的转移。
6.本发明提供的电机，包括：机壳、转子和定子结构。其中，机壳具有容纳腔体；容纳腔体内容纳转子以及定子结构；其中，所述转子套设在所述定子结构外；或所述转子套设在所述定子结构内。上述的定子结构，同时适用于内转子电机和外转子电机。通过完整的定子轭上插接定子齿，保证了若作为内转子电机时，定子轭与电机的机壳之间不会由于配合公差造成散热效果变差，进一步提升电机出转矩能力，保证电机输出效率的稳定性。同时，在外转子电机中，通过上述的冷却组件的设置，保证定子结构的散热良好，进一步提高电机输出效率。
7.本发明提供的电机，所述机壳内设有冷却流道，所述冷却流道与冷却调温件通过冷却介质连通；所述冷却流道为所述冷却体。所述冷却组件为热管，所述热管的吸热端为调温件，所述热管的冷却端为所述冷却体，所述冷却端与所述机壳的冷却流道贴合。
提供了两种不同结构的冷却组件，其一通过与机壳内的冷却管道连通，并通过冷却介质的流通实现物理降温，另一则通过热管的吸热端与冷却端实现降温，任一种方法均可实现调温件对线圈的快速散热，保证电机输出扭矩能力的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为实施例1中所提供的电机结构示意图；
图2为实施例1中安装定子齿与线圈之间安装示意图；
图3为实施例3中所提供的电机结构示意图；
附图标记说明：
11-定子轭；111-安装槽；12-安装定子齿；121-齿尖；13-线圈；
14-调温件；151-吸热端；152-冷却端；16-导温件；
21-转子铁芯；22-转轴；23-磁钢；
3-机壳；31冷却流道。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，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，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种电机，如图1和图2所示，包括：机壳3、定子结构以及转子。机壳3具有容纳转子和定子结构的容纳腔体；转子与定子结构相互套设。具体而言，本实施例以内转子电机为例，定子结构套设在转子外侧。
本实施例中，如图1所示，转子包括：转子铁芯21、转轴22以及若干磁钢23。其中，转轴22与转子铁芯21固定连接，定子结构套设在转子铁芯21的外周；磁钢23限位固定在转子铁芯21朝向定子结构的一侧壁面上。磁钢23与转子铁芯21可以选用表贴式、表面嵌入式或者嵌入式。只要保证磁钢23与转子铁芯21相互贴合即可。
本实施例中，如图1所示，定子结构包括：定子轭11，安装定子齿12、线圈13以及冷却组件。其中，定子轭11套设在转子外侧；安装定子齿12朝向转子一侧凸出设置；安装定子齿12外周绕设有绕组线圈13。相邻的安装定子齿12围合为定子槽。
如图2所示，本实施例中线圈13采用扁铜线绕组，扁铜线绕组进一步通过降低铜损和提升绕组传热性能的，有效地提升电机转矩密度和效率。
如图2所示，安装定子齿12在朝向转子的一端具有沿转子周向方向延伸的齿尖121；相邻定子齿的齿尖121与定子轭11朝向转子一侧的壁面共同形成槽口朝向转子方向的半闭口槽。通过半闭口槽的形成，进一步提高电机输出扭矩能力。
如图1所示，冷却组件包括：冷却体、调温件14以及导温件16。其中，冷却体设置在机壳3内；调温件14设置在相邻的定子齿之间，且调温件14的两侧通过导温件16分别抵接相邻定子齿所在的线圈13。具体来说，冷却体为设置在机壳3内的冷却流道31，调温件14为沿定子轴向方向穿设在相邻线圈之间的管道体，管道体与冷却流道31串联连接诶，当然也可以与冷却流道31并联连接，只要保证冷却介质在管道体和冷却流道31内流通并热交换即可。导温件16为绝缘材料设置或者可以为导热硅胶垫。例如，导热硅胶垫套设在管道体的外周。通过导温件16的设置，保证将故障线圈13一侧的温度向调温件14一侧传导，进一步强化定子结构的散热能力，提升电机出转矩能力，保证电机输出效率的稳定性。
本实施例中，安装定子齿12可以为取向硅钢，取向硅钢插接在定子轭11的安装槽111内(下文提及)，硅钢的取向方向与定子轭11径向方向同向设置。当然，安装定子齿12也可以选用或是矽钢片。
本实施例中的线圈采用单层分数槽集中绕组的绕设方式，相数为m相，定子槽数为n*(2*m)，转子极数n*(2*m)±2，其中n，m为正整数。电机每相有n个线圈13，一共n*m个，每个线圈13有且仅同齿缠绕在一个安装定子齿12上。具体在本实施例中，电机相数m为3，n为2，则槽数n*(2*m)为12，极数n*(2*m)-2为10。
如图1所示，定子轭11在安装定子齿12的安装一侧设有安装槽111，安装定子齿12的齿根固定安装在安装槽111内。安装槽111沿定子轭11的母线方向贯穿定子轭11的两端面。此结构的定子结构，可以先将线圈13绕设在安装定子齿12上，而后通过将安装定子齿12的齿根插设在安装槽111内进行组装，也可以将安装定子齿12安装在安装槽111内，再进行绕组线圈13的绕设固定，从而，上述通过安装槽111的设置，在提升绕设绕组线圈13的灵活性的同时，进一步提高安装定子齿12与隔离定子齿之间绕组线圈13绕设的槽满率。例如，取向硅钢与安装槽111通过榫卯结构相互连接。
安装槽111与安装定子齿12之间设有绝缘导热层。绝缘导热层可以为在安装定子齿12和定子轭11的拼接处涂布的导热硅脂或其他导热绝缘材料，进一步减少安装定子齿12与定子轭11拼接带来的散热影响。通过绝缘导热层的设置，进一步保证线圈13短路所产生的热量可以通过安装定子齿12朝向齿根一侧传导，并通过绝缘导热层向定子轭11一侧传导，进而实现将热量向定子轭11一侧的转移。
本实施例提供的定子结构，在完整定子轭11上插接定子齿，通过冷却组件的设置，一方面将相邻定子齿上的线圈13相互分离，使得不同的线圈13不会由于空间位置上相互靠近而彼此受到影响，进而保证缠绕在不同定子齿的线圈13相对独立，使得即使一个线圈13受到短路的影响时，通过调温件14的设置将短路产生的热量向冷却体一侧传导，从而保证在使用过程中，短路产生的热量快速传输到外界，保证定子结构内部温升较小，从而保证对电机的影响较小。此外，通过完整定子轭11上插接定子齿，保证了作为内转子电机时，定子轭11与电机的机壳3之间不会由于配合公差造成散热效果变差，进一步提升电机出转矩能力，保证电机输出效率的稳定性。
实施例2
本实施例提供一种电机，其与实施例1中提供的电机相比，存在的区别之处在于，
绕组线圈13采用分数槽单层集中绕组线圈13；也即，定子齿包括：安装定子齿12和隔离定子齿。安装定子齿12和隔离定子齿交替排设在定子轭11的靠近转子一侧的周向壁面上，安装定子齿12和隔离定子齿沿定子轭11的周向方向依次间隔排布；安装定子齿12和隔离定子齿均朝向转子一侧凸出设置；安装定子齿12外周绕设有绕组线圈13；隔离定子齿外周未绕设线圈13。相邻的定子齿围合为定子槽。
实施例3
本实施例提供一种电机，其与实施例1或2中提供的电机相比，存在的区别之处在于，
本实施例的实施方式中，冷却组件还可以为热管，如图3所示，热管的吸热端151为调温件14，热管的冷却端152为冷却体，冷却端152与机壳3的冷却流道31贴合。
具体而言，热管可以弯曲成L型，热管具有吸热端151和冷却端152，只要保证热管的吸热端151抵接在与线圈13的外圈区域相互贴合即可，热管的冷却端152通过绝缘导热灌封胶与端盖的冷却流道31一侧相互靠近贴合。进而可以实现近似绕组线圈13的端部直接被机壳3水道直接冷却的效果，能显著地改善电机绕组线圈13散热，提升电机功率密度和效率，且工艺简单，方便对现有电机进行改造。
实施例4
本实施例提供一种电机，其与实施例1至实施例3中任一提供的电机相比，存在的区别之处在于：
电机为外转子电机，也即转子设在定子结构的外侧。定子轭11设置在旋转中心，转子铁芯21设置在定子轭11的外侧。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种定子结构，包括：
定子轭(11)，与转子相互套设；
若干定子齿，插接在所述定子轭(11)上，且所述定子齿朝向所述转子一侧突出设置；
若干组线圈(13)，绕设在所述定子齿上；
其特征在于，还包括冷却组件，所述冷却组件包括设置在外界的冷却体，以及调温件(14)；所述调温件(14)夹设在相邻的所述定子齿所缠绕的线圈之间、或所述调温件(14)夹设在定子齿与相邻定子齿所缠绕的线圈之间；所述冷却体与所述调温件(14)热交换连接。
2.根据权利要求1中所述的定子结构，其特征在于，所述所述冷却组件还包括导温件(16)，
所述导温件(16)设置在所述调温件(14)和所述线圈(13)之间，或
所述导温件(16)设置在所述调温件(14)和所述定子齿之间。
3.根据权利要求1中所述的定子结构，其特征在于，所述定子齿朝向所述转子的一端具有沿所述转子周向方向延伸的齿尖(121)；
相邻所述定子齿的齿尖(121)与所述定子轭(11)朝向所述转子一侧的壁面共同形成槽口朝向所述转子方向的半闭口槽。
4.根据权利要求1中所述的定子结构，其特征在于，
所述的定子齿包括安装定子齿(12)和隔离定子齿，所述安装定子齿(12)和所述隔离定子齿交替排设在所述定子轭(11)的靠近所述转子一侧的周向壁面上；所述安装定子齿(12)外周绕设有线圈(13)；或
所述定子齿为安装定子齿(12)，所述安装定子齿(12)的外周绕设有线圈(13)。
5.根据权利要求4中所述的定子结构，其特征在于，
所述定子轭(11)在所述安装定子齿(12)的安装一侧设有安装槽(111)，所述安装定子齿(12)的齿根固定安装在所述安装槽(111)内。
6.根据权利要求5中所述的定子结构，其特征在于，所述安装槽(111)与所述安装定子齿(12)之间设有绝缘导热层。
7.根据权利要求1中所述的定子结构，其特征在于，
所述安装定子齿(12)为取向硅钢，所述硅钢的取向方向与所述定子轭(11)径向方向同向设置。
8.一种电机，其特征在于，包括：机壳(3)，具有容纳腔体；以及设置在所述容纳腔体内的：
转子，以及权利要求1-7中任一项所述的定子结构；
其中，所述转子套设在所述定子结构外；或
所述转子套设在所述定子结构内。
9.根据权利要求8中所述的电机，其特征在于，
所述机壳(3)内设有冷却流道(31)，所述冷却流道(31)与冷却调温件(14)通过冷却介质连通；
所述冷却流道(31)为所述冷却体。
10.根据权利要求9中所述的电机，其特征在于
所述冷却组件为热管，所述热管的吸热端(151)为调温件(14)，所述热管的冷却端(152)为所述冷却体，所述冷却端(152)与所述机壳(3)内的冷却流道(31)贴合。
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|---|---|---|---|
| CN202010218475.3A CN111277057A (zh) | 2020-03-25 | 2020-03-25 | 一种定子结构及电机 |
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| CN111277057A true CN111277057A (zh) | 2020-06-12 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114977659A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-08-30 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种电机结构 |
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- 2020-03-25 CN CN202010218475.3A patent/CN111277057A/zh active Pending
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