CN107591908A - 一种用于盘式电机的取向硅钢定子 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于盘式电机的取向硅钢定子，定子壳体内设有环形定子铁芯基体和设在环形定子铁芯基体上、下端面的定子铁芯嵌件；每个定子铁芯嵌件的四周绕设有定子绕组，每个定子铁芯内分别嵌设有一定子磁钢；环形定子铁芯基体采用无取向硅钢片叠加而成，所述的定子铁芯嵌件采用取向硅钢片叠加而成。由于本发明采用无取向硅钢与取向硅钢共同作用配合的方式，特别在环形定子铁芯基体的上、下端面分别设置多个对称的定子铁芯嵌件，形成双层定子铁芯嵌件的结构，这样就可以在有限体积内提高电机功率密度，且在较大电流情况下仍具有较高的凸极率，降低了损耗，提高了驱动电机效率。

Description

一种用于盘式电机的取向硅钢定子

技术领域

本发明涉及盘式电机领域，尤其涉及一种设有取向硅钢定子的盘式电机，具体地，是一种设有环形定子铁芯基体，并在环形定子铁芯基体的上、下两端分别设置定子铁芯嵌件的盘式电机。

背景技术

现有技术中，传统的永磁电机，由于齿根部容易饱和、齿槽转矩严重，因此电机的定位力矩比较大，启动困难，同时由于其圆筒式结构，气隙无法将电机运行过程中产生的热量发散，制约电机功率密度的提高，因此市场上又出现了散热效果比较好的、比较薄的盘式电机，盘式电机的转子是盖设在定子上的，一般定子采用线圈，转子采用永磁体或者粘有永磁体的圆盘。

目前市场上的盘式电机虽然在尺寸、结构上可以做到较小的规模，满足汽车的轮毂或者风力发电的需求，但功率密度偏低，又因为受到体积、结构等限制，顶盖和底座等支撑结构的重量所占相对比例更大，而这些支撑结构无法增加电机的电磁转换效率，使得电机在较大电流的情况下凸极率较低、损耗高，电机的驱动效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于盘式电机的取向硅钢定子，通过对盘式电机的定子结构进行改变，通过在铁芯轭部的上、下端分别对称设置定子铁芯嵌件，旨在有限体积内显著提高电机的功效。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于盘式电机的取向硅钢定子，它主要包括定子壳体，定子壳体内设有环形定子铁芯基体和设在环形定子铁芯基体端面的定子铁芯嵌件；每个定子铁芯嵌件的四周绕设有定子绕组，每个定子铁芯内分别嵌设有一定磁钢；所述的环形定子铁芯基体采用无取向硅钢片叠加而成，所述的定子铁芯嵌件采用取向硅钢片叠加而成。

优选的，所述的定子铁芯嵌件可以设置于环形定子铁芯基体的上端面或者下端面，也可以同时设置于环形定子铁芯基体的上、下端面。

优选的，环形定子铁芯基体的上、下端面设有一一对应设置的多个轴向燕尾槽，所述的定子铁芯嵌件一端设有与轴向燕尾槽相配合的结构，使得定子铁芯嵌件的一端恰可插入轴向燕尾槽中；定子铁芯嵌件是一端大一端小的渐变型嵌体，定子铁芯嵌件的结构与轴向燕尾槽的结构相配合。

优选的，所述的多个轴向燕尾槽以定子中心为圆点呈发散状均布在环形定子铁芯基体的上、下端面处，上端面的轴向燕尾槽与下端面的轴向燕尾槽之间相互对应设置；定子铁芯嵌件中部设有贯通整个定子铁芯嵌件的磁钢嵌入孔，所述的定子磁钢放置在磁钢嵌入孔中，定子铁芯嵌件由一片片由大到小渐变的取向硅钢片叠加而成，每一片取向硅钢片上均设有一磁钢放置孔；每一片取向硅钢片上设有大小一致的磁钢放置孔，使叠加成型后的定子铁芯嵌中部形成连贯的、孔径一致的磁钢嵌入孔。

进一步，每一片取向硅钢片均呈“工”字型，工字型取向硅钢片的中部设有磁钢放置孔，所述的磁钢放置孔为方形、圆形或者椭圆形；工字型取向硅钢片的顶部为一横梁结构，架设于磁钢放置孔的顶端，工字取向硅钢片的底部呈一等腰梯形结构，该等腰梯形的顶部与磁钢放置孔相接，该等腰梯形的外围尺寸与轴向燕尾槽的尺寸相配合，所述等腰梯形的高度低于轴向燕尾槽的深度。

更进一步，定子壳体的四个角上设有安装定位孔，环形定子铁芯基体的中部设有安装轴。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案中，采用无取向硅钢与取向硅钢共同作用配合的方式，特别在环形定子铁芯基体的上、下端面分别设置多个对称的定子铁芯嵌件，形成双层定子铁芯嵌件的结构，这样就可以在有限体积内提高电机功率密度，且在较大电流情况下仍具有较高的凸极率，降低了损耗，提高了驱动电机效率；

2、本发明的技术方案中，环形定子铁芯基体采用无取向硅钢叠片组成，而定子铁芯嵌件采用取向硅钢叠片粘合而成，定子铁芯嵌件与环形定子铁芯基体之间通过粘结成为一体。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率之比为6：1，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为热轧带的2.5倍。为实现驱动电机获得更高的凸极率在设计驱动电机时，在转子极化方向上使用磁导率更高的取向硅钢叠片代替无取向硅钢叠片，同时定子极靴也使用取向硅钢叠片，有效降低了铁损，提高了电机的凸极率；

3、本发明的环形定子铁芯基体上、下端面设有多个轴向燕尾槽，每个燕尾槽内放置一个定子铁芯嵌件，这种燕尾槽结构不仅保证定子铁芯嵌件与环形定子铁芯基体的整体配合度更高，同时也能进一步保证电机在高度转动运行时两者的结合度和整体性能；

4、本发明的定子铁芯嵌件采用多片取向硅钢片依次由大而小叠加而成，每片取向硅钢片的中部设有一磁钢放置孔，使得连接粘合后组成的定子铁芯嵌件中部设有一连贯的、首尾直径一致的磁钢嵌入孔，磁钢嵌入孔内放置定子磁钢，进一步增强了磁通量，提升了电机的功效；

5、本发明的取向硅钢片呈工字型，不仅容易加工，同时在叠加时也更易操作，该工字型结构简单、巧妙，腰部向内凹陷留有可供定子绕组缠绕的空间，同时还可将定子绕组进行相对固定，保证后续电机运行时的安全和稳定。

附图说明

图1是本发明的一实施例结构示意图。

图2是本发明的定子结构局部示意图。

图3是本发明的环形定子铁芯基体与定子铁芯嵌件之间的配合示意图。

图4是本发明的环形定子铁芯基体与定子铁芯嵌件之间的局部配合示意图。

图5是本发明一实施例的定子横截面示意图。

图6是本发明一实施例的定子横截面局部示意图。

图7是本发明的环形定子铁芯基体与定子铁芯嵌件配合的局部横截面示意图。

图8是本发明的定子铁芯嵌件叠片结构示意图。

图9是本发明的取向硅钢片的冲片示意图。

图10是本发明的环形定子铁芯基体与安装一半定子铁芯嵌件的配合示意图。

图11是本发明的环形定子铁芯基体与安装一半定子铁芯嵌件的局部配合示意图。

附图标记：

1定子壳体、2定子铁芯嵌件、3定子绕组、4环形定子铁芯基体、请说明5、6、7标号表示的部件名称；

8工字取向硅钢片的底部、9轴向燕尾槽、11磁钢嵌入孔、12磁钢。

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，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。

本发明提供了一种用于盘式电机的取向硅钢定子，参考图1中，它主要包括定子壳体，其与现有技术的区别在于：定子壳体内设有环形定子铁芯基体和设在环形定子铁芯基体端面的定子铁芯嵌件；每个定子铁芯嵌件的四周绕设有定子绕组，每个定子铁芯内分别嵌设有一定子磁钢；所述的环形定子铁芯基体采用无取向硅钢片叠加而成，所述的定子铁芯嵌件采用取向硅钢片叠加而成。

需要说明的是，所述的定子铁芯嵌件可以设置于环形定子铁芯基体的上端面或者下端面，也可以同时设置于环形定子铁芯基体的上、下端面。对应的，环形定子铁芯基体的单侧端面或者上、下端面设有一一对应设置的多个轴向燕尾槽，所述的定子铁芯嵌件一端设有与轴向燕尾槽相配合的结构，使得定子铁芯嵌件的一端恰可插入轴向燕尾槽中；定子铁芯嵌件是一端大一端小的渐变型嵌体，定子铁芯嵌件的结构与轴向燕尾槽的结构相配合。装配后，在有限的空间内，即定子直径不便的情况下，环形定子铁芯基体的上、下端面分别设有定子铁芯基体，形成双层结构，可以在有限体积内提高电机功率密度，且在较大电流情况下仍具有较高的凸极率，降低了损耗，提高了驱动电机效率。

实施中，本发明最简单的一种形式是单转子的盘式电机，参见图10、图11，定子铁芯嵌件可以设置于环形定子铁芯基体单侧端面，对应的，环形定子铁芯基体的单侧端面设有一一对应设置的多个轴向燕尾槽，定子铁芯嵌件的底端设有与轴向燕尾槽相配合的结构，使得定子铁芯嵌件的底端恰可插入轴向燕尾槽中并形成有效固定，定子铁芯嵌件是一端大一端小的渐变型嵌体，定子铁芯嵌件的结构与轴向燕尾槽的结构相配合。这里所述的定子嵌体采用取向硅钢叠片粘合而成，定子铁芯嵌件与环形定子铁芯基体之间通过粘结成为一体。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率之比为6：1，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为热轧带的2.5倍。为实现驱动电机获得更高的凸极率在设计驱动电机时，在转子极化方向上使用磁导率更高的取向硅钢叠片代替无取向硅钢叠片，同时定子极靴也使用取向硅钢叠片，有效降低了铁损，提高了电机的凸极率。

在一个实施例中，参见图3、图4中，所述的多个轴向燕尾槽以定子中心为圆点呈发散状均布在环形定子铁芯基体的上、下端面处，上端面的轴向燕尾槽与下端面的轴向燕尾槽之间相互对应设置，所述的轴向燕尾槽一端为小槽口端，另一端为大槽口端，所述的小槽口端与环形定子铁芯基体的内壁相连通，大槽口端与环形定子铁芯基体的外壁相连通，这样可以保证定子铁芯嵌件沿着轴向燕尾槽卡入后的运行牢固度，在电机转动过程中，定子铁芯嵌件始终牢牢卡设于轴向燕尾槽内。

进一步的，定子铁芯嵌件中部设有贯通整个定子铁芯嵌件的磁钢嵌入孔（可以参见图6），所述的定子磁钢放置在磁钢嵌入孔中，定子铁芯嵌件由一片片由大到小渐变的取向硅钢片叠加而成，这里所述的渐变可以是逐片渐变，也可以是逐段进行渐变（所谓的逐段渐变是指相邻的2-5片尺寸大小一致的取向硅钢叠片形成一段，每一段之间存在尺寸逐步变化，每一段中的取向硅钢叠片则尺寸相同）。

进一步的，每一片取向硅钢片上均设有一磁钢放置孔；每一片取向硅钢片上设有大小一致的磁钢放置孔，使叠加成型后的定子铁芯件中部形成连贯的、首尾孔径一致的磁钢嵌入孔，这样就可以在磁钢嵌入孔内放入磁钢，增强电机的功效，同时加入的磁钢大小、数量可以根据电机的规格、功效来进行合理选择。

在另一个实施例中，参见图8中，每一片取向硅钢片均呈“工”字型，工字型取向硅钢片的中部设有磁钢放置孔，所述的磁钢放置孔为方形、圆形或者椭圆形；进一步的，每一片工字型取向硅钢片的顶部为一横梁结构，架设于磁钢放置孔的顶端，每一片工字取向硅钢片的底部呈一等腰梯形结构，底部为连接部，该等腰梯形的顶部与磁钢放置孔相接，该等腰梯形的外围尺寸与轴向燕尾槽的尺寸相配合，所述等腰梯形的高度低于轴向燕尾槽的深度。每一片工字型取向硅钢片的两侧为向内凹陷的定子绕组缠绕部，由于工字取向硅钢片的顶部和底部结构，使得定子绕组可以相对固定在缠绕部，保证定子运行时的可靠、稳定和安全。同时，这样结构的取向硅钢片在加工时也更为便捷，可以合理有效地在整张取向硅钢片上冲裁所需要的工字型取向硅钢片（参见图9），节省布局的空间，进而节省取向硅钢片的原材料使用面积。

在一个实施例中，定子壳体的四个角上设有安装定位孔，环形定子铁芯基体的中部设有安装轴。定子铁芯基体采用无取向硅钢片叠加而成，所有制作定子铁芯基体的无取向硅钢片均被制成统一规格大小的环形叠片，设在定子铁芯基体上、下端面的一段环形无取向硅钢片上分别设置有大小一致、均匀分布的燕尾槽，本实施例中燕尾槽的数量为24个，具体参见图1、图3，中间部的环形无取向硅钢片则不开设燕尾槽，一般而言，中间段的厚度大于燕尾槽的厚度，以保证整体结构的稳定性和上、下端面的互不干扰性。

然后，制作与燕尾槽相匹配的定子铁芯嵌件，将若干定向硅钢片由大到小依次排列、层层粘合后形成定子铁芯嵌件（参见图8），所述的定子铁芯嵌件下端面为与轴向燕尾槽槽底相贴合的平面，定子铁芯嵌件上端面为平面，定子铁芯嵌件与轴向燕尾槽之间通过粘合剂粘结。然后将定子铁芯嵌件依次嵌入燕尾槽中，再在定子铁芯嵌件内放置磁钢，在每一个定子铁芯嵌件四周缠绕定子绕组，完成定子的安装。在具体实施中，定子铁芯嵌件底部呈燕尾槽结构，该结构是为了与轴向燕尾槽相贴合，保证定子铁芯嵌件可以牢固安装于定子铁芯基体上，定子铁芯嵌件的顶部可以设置成与底部相同的燕尾槽结构，也可以根据实际安装和使用的需要设计成长方形结构（即首尾是同样大小的）。

这里所述的定子铁芯嵌件采用多片取向硅钢片依次由大而小叠加而成，而定子铁芯基体采用无取向硅钢片叠加而成，两者相配合后产生了意想不到的效果，使得驱动电机获得更高的凸极率，有效降低了铁损，提高了电机的凸极率。为了进一步混合励磁，每片取向硅钢片的中部设有一磁钢放置孔，使得连接粘合后组成的定子铁芯嵌件中部设有一连贯的、首尾直径一致的磁钢嵌入孔，磁钢嵌入孔内放置定子磁钢，这种混合励磁共同产生的电机主磁场，可以实现电机的主磁场调节和控制，具有调节气隙磁场的能力，改善电机调速、驱动性能或调压特性。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种用于盘式电机的取向硅钢定子，它主要包括定子壳体，其特征在于：定子壳体内设有环形定子铁芯基体和设在环形定子铁芯基体端面的定子铁芯嵌件；

每个定子铁芯嵌件的四周绕设有定子绕组，每个定子铁芯内分别嵌设有一定子磁钢；

所述的环形定子铁芯基体采用无取向硅钢片叠加而成，所述的定子铁芯嵌件采用取向硅钢片叠加而成。

2.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的取向硅钢定子，其特征在于：环形定子铁芯基体的单侧端面或者上、下端面同时设有一一对应设置的多个轴向燕尾槽，所述的定子铁芯嵌件一端设有与轴向燕尾槽相配合的结构，使得定子铁芯嵌件的一端恰可插入轴向燕尾槽中；

定子铁芯嵌件是一端大一端小的渐变型嵌体，定子铁芯嵌件的结构与轴向燕尾槽的结构相配合。

3.根据权利要求2所述的一种用于盘式电机的取向硅钢定子，其特征在于：所述的多个轴向燕尾槽以定子中心为圆点呈发散状均布在环形定子铁芯基体的上、下端面处，上端面的轴向燕尾槽与下端面的轴向燕尾槽之间相互对应设置；

定子铁芯嵌件中部设有贯通整个定子铁芯嵌件的磁钢嵌入孔，所述的定子磁钢放置在磁钢嵌入孔中，定子铁芯嵌件由一片片由大到小渐变的取向硅钢片叠加而成，每一片取向硅钢片上均设有一磁钢放置孔；每一片取向硅钢片上设有大小一致的磁钢放置孔，使叠加成型后的定子铁芯嵌中部形成连贯的、孔径一致的磁钢嵌入孔。

4.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的取向硅钢定子，其特征在于：每一片取向硅钢片均呈“工”字型，工字型取向硅钢片的中部设有磁钢放置孔，所述的磁钢放置孔为方形、圆形或者椭圆形；

工字型取向硅钢片的顶部为一横梁结构，架设于磁钢放置孔的顶端，工字取向硅钢片的底部呈一等腰梯形结构，该等腰梯形的顶部与磁钢放置孔相接，该等腰梯形的外围尺寸与轴向燕尾槽的尺寸相配合，所述等腰梯形的高度低于轴向燕尾槽的深度。

5.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的取向硅钢定子，其特征在于：定子壳体的四个角上设有安装定位孔，环形定子铁芯基体的中部设有安装轴。

6.根据权利要求1所述的一种用于盘式电机的取向硅钢定子，其特征在于：若干定向硅钢片由大到小依次排列、层层粘合后形成定子铁芯嵌件，所述的定子铁芯嵌件下端面为与轴向燕尾槽槽底相贴合的平面，定子铁芯嵌件上端面为平面，定子铁芯嵌件与轴向燕尾槽之间通过粘合剂粘结。