CN110718974B - 电机定子及其极靴加工方法、永磁电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机定子及其极靴加工方法、永磁电机。该电机定子包括轭部(1)、极靴(2)和定子齿(3)，在垂直于轭部(1)的中心轴线的截面内，至少部分极靴(2)具有削边，具有削边的极靴(2)的径向内周壁包括圆弧段(4)和位于圆弧段(4)直线段(5)，直线段(5)和圆弧段(4)的交点为削极点I，其中一端的削极点I和定子中心O的连线为OI，OI与OH所形成的夹角为φ，θ≥φ≥θ/2，θ＝α‑β，其中α为相邻两个定子齿(3)的中心线之间的夹角，β＝π/P，P为转子极数。根据本申请的电机定子，能够改善电机气隙的磁场分布，大幅度地降低反电动势谐波含量，提高反电动势正弦化程度。

Description

电机定子及其极靴加工方法、永磁电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种电机定子及其极靴加工方法、永磁电机。

背景技术

永磁电机由于结构简单、良好的运行性能，广泛地运用在制冷压缩机中。传统的电机结构设计中，定子内径和外径大都采用等圆的设计，这样设计便于加工，并且方便尺寸检验，在工艺上也便于对加工尺寸的控制。

但是，现有制冷压缩机包括活塞压缩机在内对噪声和振动的要求愈发高，低噪声低振动是目前压缩机的发展趋势，传统的电机定子内径等圆设计存在气隙磁密波形非正弦、反电动势波形谐波畸变率高等缺陷，无法满足现有的技术要求，传统电机反电动势波形，其正弦化程度较差。虽然采用定子斜槽的方式可以降低电机谐波畸变率，但采用定子斜槽工艺复杂，定子质量控制困难，并且生产成本高。随着电机技术的发展，目前定子内径已经从传统的整圆圆弧调整为线段加圆弧的形式，即将部分圆弧削边，这种形式可以有效地调整电机极弧系数，优化电机反电动势波形，但是由于线段确定方式的不当，反而会导致反电动势谐波含量增加，使电机在运行时噪声、振动性能变差。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机定子及其极靴加工方法、永磁电机，能够改善电机气隙的磁场分布，大幅度地降低反电动势谐波含量，提高反电动势正弦化程度。

为了解决上述问题，本申请提供一种电机定子，包括轭部、极靴和定子齿，定子齿连接在轭部和极靴之间，在垂直于轭部的中心轴线的截面内，至少部分极靴具有削边，具有削边的极靴的径向内周壁包括沿周向延伸的圆弧段和位于圆弧段两端的直线段，两个直线段关于该极靴所在的定子齿的中心线OH对称，直线段和圆弧段的交点为削极点I，其中一端的削极点I和定子中心O的连线为OI，OI与定子齿的中心线OH所形成的夹角为φ，θ≥φ≥θ/2，θ＝α-β，其中α为相邻两个定子齿的中心线之间的夹角，β＝π/P，P为转子极数。

优选地，φ＝3θ/4。

优选地，极靴还包括位于径向内周壁周向两端的径向侧边，径向侧边的延长线与定子内圆之间的交点为G，切割线段IG’与中心线OH之间形成夹角δ，其中δ2≥δ>δ1，δ1为IG与中心线OH之间形成夹角的理论最小值，δ2为IG”与中心线OH之间形成夹角的理论最大值，δ2＝90°+θ/2，G”为夹角δ处于理论最大值时切割线段与极靴径向侧边之间的交点。

优选地，δ＝90°。

优选地，各极靴均具有削边。

优选地，电机定子还包括缠绕在定子齿上的定子绕组，其中一相定子绕组所对应的极靴均具有削边；或，电机定子还包括缠绕在定子齿上的定子绕组，其中两相定子绕组所对应的极靴均具有削边。

根据本申请的另一方面，提供了一种永磁电机，包括电机定子和电机转子，电机转子设置在电机定子内，并与电机定子之间形成气隙该电机定子为上述的电机定子。

根据本申请的另一方面，提供了一种上述的电机定子的极靴加工方法，包括：

确定需要削边的极靴；

在垂直于轭部的中心轴线的截面内，确定该极靴上的临界削极点E’和E”，其中E’和E”为电机转子的一个磁极的两个边角线与定子内圆的交点；

确定其中一个临界削极点E’和定子中心O的连线OE’，OE’与该临界削极点E’对应的定子齿中心线OH’之间的夹角为θ，θ＝∠E’OH’＝α-β，其中α为相邻两个定子齿的中心线之间的夹角，β＝π/P，P为转子极数；

根据空间均布和对称性确定∠EOH＝θ＝α-β；

确定削极点I，其中削极点I与定子中心O的连线OI，OI与该极靴所对应的定子齿的中心线OH之间的夹角为φ，θ≥φ≥θ/2，当φ＝θ/2时OI与定子内圆之间的交点为F，削极点I的轨迹为弧线EF。

优选地，确定削极点I的步骤包括：确定弧线EF的中点I’，削极点I’所在的径线与定子齿的中心线OH之间的夹角φ＝3θ/4。

优选地，极靴加工方法还包括：

确定极靴的径向侧边与定子内圆的交点G；

确定线段IG与定子齿的中心线OH之间的夹角δ1，其中δ1为经过削极点的切割线段IG’与定子齿的中心线OH的夹角的理论最小值；

利用切割线段IG’对极靴内周壁进行切割削边，其中切割线段IG’与定子齿的中心线OH的夹角δ＞δ1。

优选地，利用切割线段IG’对极靴内周壁进行切割削边的步骤之前还包括：

确定切割线段IG’与定子齿的中心线OH的夹角的理论最大值δ2，其中δ2＝90°+θ/2，

确定切割线段IG’与定子齿的中心线OH的夹角为δ2时切割线段IG’与极靴的径向侧边的交点G”；

使得G’位于G和G”之间。

优选地，

δ＝90°。

本申请提供的电机定子，包括轭部、极靴和定子齿，定子齿连接在轭部和极靴之间，在垂直于轭部的中心轴线的截面内，至少部分极靴具有削边，具有削边的极靴的径向内周壁包括沿周向延伸的圆弧段和位于圆弧段两端的直线段，两个直线段关于该极靴所在的定子齿的中心线OH对称，直线段和圆弧段的交点为削极点I，其中一端的削极点I和定子中心O的连线为OI，OI与定子齿的中心线OH所形成的夹角为φ，θ≥φ≥θ/2，θ＝α-β，其中α为相邻两个定子齿的中心线之间的夹角，β＝π/P，P为转子极数。本申请的电机定子，能够对极靴的削边结构进行优化，使得极靴的削边能够具有更加优化的结构，从而能够改善电机气隙的磁场分布，大幅度地降低反电动势谐波含量，提高反电动势正弦化程度。

附图说明

图1为本申请实施例的电机定子未削边之前的结构示意图；

图2为本申请实施例的电机定子的第一结构图；

图3为本申请实施例的电机定子的第二结构图；

图4为本申请实施例的电机定子的削极点确定过程图；

图5为图4的L处的放大结构示意图

图6为本申请实施例的电机定子的切割线段确定过程图；

图7为图6的M处的放大结构示意图；

图8为本申请另一实施例的永磁电机的结构示意图；

图9为本申请实施例的永磁电机与传统电机转矩波动对比图。

附图标记表示为：

1、轭部；2、极靴；3、定子齿；4、圆弧段；5、直线段；6、径向侧边；7、电机转子；8、安装槽。

具体实施方式

结合参见图1至图9所示，根据本申请的实施例，电机定子包括轭部1、极靴2和定子齿3，定子齿3连接在轭部1和极靴2之间，在垂直于轭部1的中心轴线的截面内，至少部分极靴2具有削边，具有削边的极靴2的径向内周壁包括沿周向延伸的圆弧段4和位于圆弧段4两端的直线段5，两个直线段5关于该极靴2所在的定子齿3的中心线OH对称，直线段5和圆弧段4的交点为削极点I，其中一端的削极点I和定子中心O的连线为OI，OI与定子齿3的中心线OH所形成的夹角为φ，θ≥φ≥θ/2，θ＝α-β，其中α为相邻两个定子齿3的中心线之间的夹角，β＝π/P，P为转子极数。

本申请的电机定子，能够对极靴2的削边结构进行优化，使得极靴2的削边能够具有更加优化的结构，从而能够改善电机气隙的磁场分布，大幅度地降低反电动势谐波含量，提高反电动势正弦化程度。

通过限定削边的削极点I在电机定子周向的最大范围，能够避免削极点I设置位置超出电机转子的一个磁极的影响范围，导致削极点I无法起到有效的削边作用，对相邻磁极造成不利影响，通过限定削边的削极点I在电机定子周向的最小范围，能够防止削边后谐波含量增加过多，影响电机性能。

优选地，φ＝3θ/4。

在本申请的实施例中，需要根据电机转子7的每一磁极所占的角度2β＝2π/P确定电机定子的极靴2的临界削极点E’和E”，点E’、E”为∠2β的两边角线分别与定子内圆的交点；临界削极点E’与定子齿中心线OH’的夹角为θ＝∠E’OH’＝α-β，其中，α为两相邻定子齿中心线之间的角度，α＝2π/S。根据空间均布和对称性可知，∠EOH＝θ＝α-β。为防止削边后谐波含量增加过多，削极点I与定子径向中心线OH的夹角的最小值为θ/2，此时其与定子内圆孔的交点为F。由此得到削极点I与定子径向中心线OH的夹角Φ的取值范围为θ≥Φ≥θ/2，则削极点I的运动轨迹即为弧线EF。为得到谐波含量低、正弦度高的反电动势波形，削极点I优先选择弧线EF的中点I’，此时削极点I’与定子径向中心线OH的夹角Φ＝3*θ/4，点I’定为最优削极点。

极靴2还包括位于径向内周壁周向两端的径向侧边6，径向侧边6的延长线与定子内圆之间的交点为G，切割线段IG’与中心线OH之间形成夹角δ，其中δ2≥δ>δ1，δ1为IG与中心线OH之间形成夹角的理论最小值，δ2为IG”与中心线OH之间形成夹角的理论最大值，δ2＝90°+θ/2，G”为夹角δ处于理论最大值时切割线段与极靴2径向侧边6之间的交点。

G点为极靴2未削边之前极靴2的径向侧边6与定子内圆的交点。线段IG与定子径向中心线OH的夹角为δ1，δ1是经过削极点I的切割线段IG’与定子径向中心线OH的夹角的理论最小值；切割线段IG’对极靴底部进行切割削边，得到本申请的直线段5。为保证反电动势正弦化程度，线段IG’与定子齿中心线OH夹角最大值δ2＝90°+θ/2，此时切割线段与极靴侧边的交点为G”，即δ角的取值范围为90°+θ/2≥δ>δ1。

优选地，δ＝90°。为得到最优的切割线段，削极点选择最优削极点I’，当切割线段I’G’与定子径向中心线OH的夹角δ＝90°时，即切割线段I’G’垂直于OH时，得到本发明的最优切割线段。极靴2底边右侧的切割线段与线段I’G’关于该定子齿的中心线OH对称，由此完成对一个定子极靴2的切边。根据空间均布和对称性，可以对其他定子极靴2进行同样的切边。

优选地，各极靴2均具有削边。

在另一个实施例中，电机定子还包括缠绕在定子齿3上的定子绕组，其中一相定子绕组所对应的极靴2均具有削边。

在另一个实施例中，电机定子还包括缠绕在定子齿3上的定子绕组，其中两相定子绕组所对应的极靴2均具有削边。

对于三相电机而言，其含有UVW三相，每一相含有的定子齿数为S/3，部分极靴削边时，定子极靴2的削边数为S/3或2*S/3，此时削边极靴或未削边极靴呈空间120°对称，如图2和3所示。

根据本申请的实施例，永磁电机包括电机定子和电机转子7，电机转子7设置在电机定子内，并与电机定子之间形成气隙，该电机定子为上述的电机定子。

在本实施例中，电机转子7上设置有安装槽8，其中安装槽8可以为圆弧形，也可以为一字型，或者是V型或者W型等。

根据本申请的实施例，上述的电机定子的极靴2加工方法包括：确定需要削边的极靴2；在垂直于轭部1的中心轴线的截面内，确定该极靴2上的临界削极点E’和E”，其中E’和E”为电机转子7的一个磁极的两个边角线与定子内圆的交点；确定其中一个临界削极点E’和定子中心O的连线OE’，OE’与该临界削极点E’对应的定子齿3中心线OH’之间的夹角为θ，θ＝∠E’OH’＝α-β，其中α为相邻两个定子齿3的中心线之间的夹角，β＝π/P，P为转子极数；根据空间均布和对称性确定∠EOH＝θ＝α-β；确定削极点I，其中削极点I与定子中心O的连线OI，OI与该极靴2所对应的定子齿3的中心线OH之间的夹角为φ，θ≥φ≥θ/2，当φ＝θ/2时OI与定子内圆之间的交点为F，削极点I的轨迹为弧线EF。

本申请的电机定子，通过采用上述的加工方法，能够方便合理地对电机定子的极靴2进行削边，并且可以对极靴2的削边结构进行优化，使得极靴2的削边能够具有更加优化的结构，从而能够改善电机气隙的磁场分布，大幅度地降低反电动势谐波含量，提高反电动势正弦化程度。

确定削极点I的步骤包括：确定弧线EF的中点I’，削极点I’所在的径线与定子齿3的中心线OH之间的夹角φ＝3θ/4。

极靴2加工方法还包括：确定极靴2的径向侧边6与定子内圆的交点G；确定线段IG与定子齿3的中心线OH之间的夹角δ1，其中δ1为经过削极点的切割线段IG’与定子齿3的中心线OH的夹角的理论最小值；利用切割线段IG’对极靴2内周壁进行切割削边，其中切割线段IG’与定子齿3的中心线OH的夹角δ＞δ1。

利用切割线段IG’对极靴2内周壁进行切割削边的步骤之前还包括：确定切割线段IG’与定子齿3的中心线OH的夹角的理论最大值δ2，其中δ2＝90°+θ/2，确定切割线段IG’与定子齿3的中心线OH的夹角为δ2时切割线段IG’与极靴2的径向侧边6的交点G”；使得G’位于G和G”之间。

优选地，δ＝90°。

在本申请的最优实施例中，对电机定子所有的极靴2都按照最优切割线段进行切边。实测电机反电动势波形如图9所示，仿真所得电机转矩波动如图9所示，图中的曲线1为传统电机的转矩曲线图，曲线2为本申请实施例的永磁电机的转矩曲线图，从图中可以看出，本申请的永磁电机相比于传统电机的反电动势正弦度得到大幅提升，并且电机转矩脉动降低明显。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种电机定子，其特征在于，包括轭部(1)、极靴(2)和定子齿(3)，所述定子齿(3)连接在所述轭部(1)和所述极靴(2)之间，在垂直于所述轭部(1)的中心轴线的截面内，至少部分所述极靴(2)具有削边，具有削边的所述极靴(2)的径向内周壁包括沿周向延伸的圆弧段(4)和位于所述圆弧段(4)两端的直线段(5)，两个所述直线段(5)关于该极靴(2)所在的定子齿(3)的中心线OH对称，所述直线段(5)和所述圆弧段(4)的交点为削极点I，其中一端的削极点I和定子中心O的连线为OI，OI与所述定子齿(3)的中心线OH所形成的夹角为φ，θ≥φ≥θ/2，θ＝α-β，其中α为相邻两个定子齿(3)的中心线之间的夹角，β＝π/P，P为转子极数；

所述极靴(2)还包括位于所述径向内周壁周向两端的径向侧边(6)，所述径向侧边(6)的延长线与所述定子内圆之间的交点为G，切割线段IG’与中心线OH之间形成夹角δ，其中δ2≥δ>δ1，δ1为IG与中心线OH之间形成夹角的理论最小值，δ2为IG”与中心线OH之间形成夹角的理论最大值，δ2＝90°+θ/2，G”为夹角δ处于理论最大值时切割线段与极靴(2)径向侧边(6)之间的交点，G’位于G和G”之间，IG’位于IG和IG”之间。

2.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，φ＝3θ/4。

3.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，δ＝90°。

4.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，各所述极靴(2)均具有削边。

5.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，所述电机定子还包括缠绕在所述定子齿(3)上的定子绕组，其中一相定子绕组所对应的极靴(2)均具有削边；或，所述电机定子还包括缠绕在所述定子齿(3)上的定子绕组，其中两相定子绕组所对应的极靴(2)均具有削边。

6.一种永磁电机，包括电机定子和电机转子(7)，所述电机转子(7)设置在所述电机定子内，其特征在于，所述电机定子为权利要求1至5中任一项所述的电机定子。

7.一种如权利要求1至5中任一项所述的电机定子的极靴(2)加工方法，其特征在于，包括：

确定需要削边的极靴(2)；

在垂直于轭部(1)的中心轴线的截面内，确定该极靴(2)上的临界削极点E’和E”，其中E’和E”为电机转子(7)的一个磁极的两个边角线与定子内圆的交点；

确定其中一个临界削极点E’和定子中心O的连线OE’，OE’与该临界削极点E’对应的定子齿(3)中心线OH’之间的夹角为θ，θ＝∠E’OH’＝α-β，其中α为相邻两个定子齿(3)的中心线之间的夹角，β＝π/P，P为转子极数；

根据空间均布和对称性确定∠EOH＝θ＝α-β；

确定削极点I，其中削极点I与定子中心O的连线OI，OI与该极靴(2)所对应的定子齿(3)的中心线OH之间的夹角为φ，θ≥φ≥θ/2，当φ＝θ/2时OI与定子内圆之间的交点为F，削极点I的轨迹为弧线EF。

8.根据权利要求7所述的电机定子的极靴(2)加工方法，其特征在于，确定削极点I的步骤包括：确定弧线EF的中点I’，削极点I’所在的径线与定子齿(3)的中心线OH之间的夹角φ＝3θ/4。

9.根据权利要求7所述的电机定子的极靴(2)加工方法，其特征在于，所述极靴(2)加工方法还包括：

确定极靴(2)的径向侧边(6)与定子内圆的交点G；

确定线段IG与定子齿(3)的中心线OH之间的夹角δ1，其中δ1为经过削极点的切割线段IG’与定子齿(3)的中心线OH的夹角的理论最小值；

利用切割线段IG’对极靴(2)内周壁进行切割削边，其中切割线段IG’与定子齿(3)的中心线OH的夹角δ＞δ1。

10.根据权利要求9所述的电机定子的极靴(2)加工方法，其特征在于，所述利用切割线段IG’对极靴(2)内周壁进行切割削边的步骤之前还包括：

确定切割线段IG’与定子齿(3)的中心线OH的夹角的理论最大值δ2，其中δ2＝90°+θ/2，

确定切割线段IG’与定子齿(3)的中心线OH的夹角为δ2时切割线段IG’与极靴(2)的径向侧边(6)的交点G”；

使得G’位于G和G”之间。

11.根据权利要求10所述的电机定子的极靴(2)加工方法，其特征在于，

δ＝90°。

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