無刷電機及其定子鐵芯的製作方法
2023-05-20 12:03:51
專利名稱：無刷電機及其定子鐵芯的製作方法
技術領域：
本發明涉及電機，尤其涉及無刷電機及其定子。
背景技術：
參考圖I和圖2，一種典型的6槽4極無刷電機包括定子和轉子。定子包括定子鐵芯和繞組，定子鐵芯由定子晶片沿電機軸向堆疊而成。定子鐵芯包括環狀的軛部12以及從6個軛部向內伸出的齒13，繞組包括6個線圈元件，其繞線方式為業內常用的集中式繞組，即每個線圈元件分別纏繞於對應的單個齒上。轉子包括轉軸、固定到轉軸的轉子鐵芯、以及固定到轉子鐵芯的永磁體，該轉子具有4個磁極。因此，該無刷電機為6槽4極電機。每個定子晶片由矽鋼片衝壓而成，被衝掉的部分就是廢料。現有的設計中，被衝掉的部分較多，材料使用率較低。此外，該6槽4極的電機還具有較高的齒槽轉矩(cogging torque)。因此，亟需一種改進的電機。
發明內容
本發明的一個目的是改善電機的材料使用率。為此，提供一種無刷電機，包括定子和安裝到定子的轉子，所述定子包括定子鐵芯和定子繞組，所述定子鐵芯包括環形的軛部以及從軛部伸出的齒，所述定子繞組包括若干纏繞於所述齒的線圈元件，其特徵在於，所述定子鐵芯包括9n個齒，所述定子繞組包括6n個線圈元件，η為正整數。作為一種優選方案，所述轉子包括4η個磁極。作為一種優選方案，每個線圈元件的節距是2。作為一種優選方案，所述9η個齒形成9η個槽，所述9η個槽包括3η個第一類型的槽和6η個第二類型的槽，所述第一類型的槽收容兩個線圈元件的有效邊，第二類型的槽只收容一個線圈元件的有效邊。作為一種優選方案，所述第一類型的槽的面積大於第二類型的槽的面積。作為一種優選方案，所述第一類型的槽的徑向深度基本上等於第二類型的槽的徑向深度；所述第一類型的槽的周向寬度大於第二類型的槽的周向寬度。本發明的另一個目的是提高一種改善材料利用率的定子鐵芯，該定子鐵芯包括環形的軛部以及從軛部伸出的齒，所述定子鐵芯包括9η個齒，所述9η個齒形成9η槽，所述9η個槽包括3η個第一類型的槽和6η個第二類型的槽，所述第一類型的槽的面積大於第二類型的槽的面積，η為正整數。作為一種優選方案，所述3η個第一類型的槽沿軛部的周向均勻分布，每兩個第一類型的槽之間具有兩個第二類型的槽。作為一種優選方案，所述第一類型的槽的周向寬度大於第二類型的槽的周向寬度。作為一種優選方案，所述9η個槽的槽開口沿著軛部的周向均勻分布。
作為一種優選方案，所述定子鐵芯具有6η個線圈元件，每個線圈元件的節距是2，所述第一類型的槽收容兩個線圈元件的有效邊，第二類型的槽只收容一個線圈元件的有效邊。作為一種優選方案，η為I或2。實施本發明，能提高定子迭片的材料利用率，同時提高線圈元件的線材的使用率。為了能更進一步了解本發明的特徵以及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。
附圖中圖I顯示了傳統的無刷電機的定子迭片；圖2顯示了傳統的無刷電機的定子，定子繞組和轉子；圖3顯示了本發明一實例提供的無刷電機；圖4顯示了圖3所述無刷電機的定子，定子繞組和轉子；圖5顯示了圖4所述定子的鐵心迭片；以及圖6顯示了本發明另一實例提供的無刷電機的定子繞組和轉子。
具體實施例方式下面結合附圖，通過對本發明的具體實施方式
詳細描述，將使本發明的技術方案及其他有益效果顯而易見。參考圖3和圖4，本發明一實例提供的無刷電機包括定子和轉子。定子包括外殼21、安裝到外殼21的定子鐵芯、安裝到定子鐵芯的定子繞組、安裝到外殼21的開口端的端蓋等。轉子包括轉軸29、固定到轉軸29的轉子鐵芯、固定到轉子鐵芯的永磁體31等。轉子通過轉軸29安裝到定子，轉軸29由安裝於端蓋的軸承支承。轉子具有4個磁極。參考圖4和圖5，定子鐵芯由定子迭片沿電機軸向堆疊而成；應當意識到，定子鐵芯也可以由粉末冶金壓制而成。定子鐵芯包括環形的軛部22以及從軛部伸出的9個齒23。每個齒23包括從軛部伸出的齒身23a以及位於齒身末端的齒冠23b。相鄰齒23形成槽24，而該相鄰齒的齒冠23b之間形成槽的開口。定子的9個齒共形成9個槽24，該9個槽包括3個第一類型的槽24a和6個第二類型的槽24b，第一類型的槽24a的面積大於第二類型的槽24b的面積。該3個第一類型的槽24a沿軛部22的周向均勻分布，每兩個第一類型的槽24a之間具有兩個第二類型的槽24b。定子繞組為三相繞組，A-X表示第一相，B-Y表示第二相，C-Z表示第三相，每相包括兩個線圈。因此，定子繞組共包括纏繞於齒的6個線圈元件，每個線圈元件的節距是2。其中，第一類型的槽24a收容兩個線圈元件的有效邊，第二類型的槽24b槽24a只收容一個線圈元件的有效邊。因此，可以通過涉及第一類型的槽24a、第二類型的槽24b的大小關係，使第一類型的槽和第二類型的槽都具有較高的槽滿率。本實例中，各個槽24的徑向深度基本相同，但是，第一類型的槽24a的周向寬度大於第二類型的槽24b的周向寬度。換言之，形成第二類型的槽24b的兩個齒的距離較小，因此，跨繞該齒的線圈元件的端部較短，提高了線材例如銅製繞線的利用率，提高了電機的效率。作為ー種替換方案，各個槽24的徑向深度可以不相同，例如，第一類型的槽24a的徑向深度大於第二類型的槽24b的徑向深度。本實例中，各個槽24的槽開ロ沿軛部的周向均勻分布。換言之，各個齒23的齒冠23b的周向尺寸基本相同，且沿軛部的周向均勻分布。該設計下，位於兩相鄰槽24b之間的齒的齒身23a基本上沿著定子的徑向延伸，而其他齒的齒身23a偏移定子的徑向。與傳統的定子具有6個線圈元件的無刷電機相比，上述實例的定子迭片具有9個齒，減少了衝壓面積，因此，提高了材料的使用率。參考圖6，本發明另ー實例提供的無刷電機為18槽8極電機。該電機與圖4所示電機的主要區別之處在於定子的槽數、線圈元件數、轉子的磁極數不同。本實例中，定子鐵芯具有18個齒23，該18個齒形成18個槽，其中包括6個第一類型的槽24a以及12個第二類型的槽24b，該6個第一類型的槽24a沿定子鐵芯的軛部22均勻分布，相鄰的兩個第一列型的槽24a之間具有兩個第二類型的槽24b。轉子具有12個線圈元件,線圈元件數量是槽數的2/3，每個線圈元件的節距為2。每個第一類型的槽24a收容兩個線圈元件的有效邊，每個第二類型的槽24b只收容ー個線圈元件的有效邊。 本發明可適用於定子鐵芯包括9n個齒、定子繞組具有6n個線圈元件的電機，η為大於或等於I的整數。該電機的轉子優選具有4η個磁扱。本發明的電機具有材料利用率高、繞組係數高、齒槽轉矩低的優點。本發明的上述實例的無刷電機還具有較高的繞組係數(WF, winding factor),有利於節省繞組的線材例如銅線。所述繞組係數WC根據以下公式計算WC = sin(pitchX (pole/slot) X90) Xcosa，其中pitch表示線圈元件的節距；pole表示轉子極對數；slot表示定子槽數；a表示繞組感應電勢與齒軸線的夾角，單位是度；下表為圖2所示的現有電機、本發明圖4和圖6所示的電機的繞組係數的計算結
果對照
極數(pole)槽數(slot)節距(pitch)夾角(a) WF
圖2 (現有技術)4 6 1 00.866
圖4 (本發明) 4 9 2 200.925
100.97
圖6 (本發明) 8 18 2 200.925
100.97表I:圖2、圖4和圖6所示電機的WF比較可見，本發明優選實例提供的電機的繞組係數可達到0. 925 0. 97，而如圖I、圖2所述的傳統的6槽4極電機的繞組係數只有O. 866左右。以上所述，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案和 技術構思作出其他各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬於本發明的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種無刷電機，包括定子和安裝到定子的轉子，所述定子包括定子鐵芯和定子繞組，所述定子鐵芯包括環形的軛部(22)以及從軛部伸出的齒(23)，所述定子繞組包括若干纏繞於所述齒的線圈元件，其特徵在於，所述定子鐵芯包括9η個齒，所述定子繞組包括6η個線圈元件，η為正整數。
2.根據權利要求I所述的無刷電機，其特徵在於，所述轉子包括4η個磁極。
3.根據權利要求I所述的無刷電機，其特徵在於，每個線圈元件的節距是2。
4.根據權利要求I所述的無刷電機，其特徵在於，所述9η個齒形成9η個槽(24)，所述9η個槽包括3η個第一類型的槽(24a)和6n個第二類型的槽(24b)，所述第一類型的槽(24a)收容兩個線圈元件的有效邊，第二類型的槽(24b)只收容一個線圈元件的有效邊。
5.根據權利要求4所述的無刷電機，其特徵在於，所述第一類型的槽(24a)的面積大於第二類型的槽(24b)的面積。
6.根據權利要求5所述的無刷電機，其特徵在於，所述第一類型的槽(24a)的徑向深度基本上等於第二類型的槽(24b)的徑向深度；所述第一類型的槽(24a)的周向寬度大於第二類型的槽(24b)的周向寬度。
7.一種定子鐵芯，包括環形的軛部(22)以及從軛部伸出的齒(23)，其特徵在於，所述定子鐵芯包括9n個齒，所述9n個齒形成9n槽(24)，所述9n個槽包括3n個第一類型的槽(24a)和6n個第二類型的槽(24b)，所述第一類型的槽(24a)的面積大於第二類型的槽(24b)的面積，η為正整數。
8.根據權利要求7所述的定子鐵芯，其特徵在於，所述3η個第一類型的槽(24a)沿軛部(22)的周向均勻分布，每兩個第一類型的槽(24a)之間具有兩個第二類型的槽(24b)。
9.根據權利要求8所述的定子鐵芯，其特徵在於，所述第一類型的槽(24a)的周向寬度大於第二類型的槽(24b)的周向寬度。
10.根據權利要求9所述的定子鐵芯，其特徵在於，所述9n個槽(24)的槽開口沿著軛部(22)的周向均勻分布。
11.根據權利要求7所述的定子鐵芯，其特徵在於，所述定子鐵芯繞有6n個線圈元件，每個線圈元件的節距是2，所述第一類型的槽(24a)收容兩個線圈元件的有效邊，第二類型的槽(24b)只收容一個線圈元件的有效邊。
12.根據權利要求7所述的定子鐵芯，其特徵在於，η為I或2。
全文摘要
本發明涉及無刷電機及其定子鐵芯。該無刷電機包括定子和安裝到定子的轉子。定子包括定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯包括環形的軛部(22)以及從軛部伸出的9n個齒(23)，該9n個齒形成3n個第一類型的槽(24a)和6n個第二類型的槽(24b)，第一類型的槽(24a)的面積大於第二類型的槽(24b)的面積。定子繞組包括6n個線圈元件，線圈元件的節距為2。每個第一類型的槽(24a)收容兩個線圈元件的有效邊，每個第二類型的槽(24b)只收容一個線圈元件的有效邊。轉子具有4n個磁極。n為正整數。本發明的無刷電機提高了材料使用率、簡化了繞組結構、提高了繞組係數、降低了齒槽轉矩。
文檔編號H02K1/14GK102868240SQ201110192989
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者李永斌, 王新平, 鄒樂, 李燕斌 申請人:德昌電機(深圳)有限公司