CN202004549U - 用于交流电机上的定子铁芯 - Google Patents

Abstract

一种用于交流电机上的定子铁芯，定子铁芯本体包括有多个定子冲片，沿定子冲片的内边缘上设置多个线槽，定子铁芯主体的上、下两端面上均设置便于装配电机的安装件；所述的定子冲片由原面区域和用于增大磁路横截面的增面区域构成；定子铁芯本体分为多层，每层有多个未错开角度的定子冲片同心地重叠在一起，任意相邻两层相互错开一个45度角，彼此同心地重叠在一起，每一个定子冲片的线槽均与相邻定子冲片的线槽相对应。将本实用新装配成电机后，可以在满足交流电机各项综合性能指标和保持定子冲片用量不变的基础上，充分利用废料，磁通密度分布均匀性得以显著提高，显著降低电机制造成本，明显提高交流电机的性价比。

Description

用于交流电机上的定子铁芯

技术领域

本实用新型涉及一种交流电机上的定子，特别是一种小功率无机壳类交流电机上的定子铁芯。所述的交流电机包括单相、三相的交流的发电机，也包括单相、三相的交流电动机。

背景技术

现有的交流电机的定子一般是由定子铁芯和漆包线绕组构成，其中定子铁芯是由多个同心且彼此无相互错角地重叠在一起的定子冲片构成，其中，有一种这样的定子铁芯，它的每个定子冲片的外轮廓是由四条直线段和四条圆弧段组成，任意相邻的两直线段边之间是通过一条圆弧段连接而成，使整个定子冲片的外轮廓呈方圆形或长方圆形，沿定子冲片的内边缘上设置多个线槽。例如，目前市场上大量出现1KW-5KW的小功率通用汽油发电机（简称通机），共有2KW和5KW两种系列，这些电机的定子铁芯除具有上述结构的特点外，还具有如下特点，定子铁芯除两端一小部分与端盖衔接外，其余绝大部分外表面均裸露在外，因此，又被称为无机壳类交流电机。外轮廓呈方圆形或长方圆形的定子冲片存在着轭部的磁通密度分布不均匀的不足，以外轮廓呈方圆形的定子冲片为例，用它制成的定子铁芯如图1所示，由于整个定子铁芯上的轭部宽度不同，如图2所示，轭部宽度最大，磁路横截面最大，磁通密度相对较小；如图3所示，轭部宽度最小，磁路横截面最小，磁通密度相对较大；结合图2、3可知，定子铁芯的磁路横截面各个位置有所不同，从而使得定子铁芯的磁通密度分布不均匀，磁通密度大的铁芯部位，易使磁阻增大，铁损增加，容易发热，从而降低电机的输出功率，严重影响了电机的使用寿命。

一般情况下，通机中的漆包线均采用铜漆包线。目前铜的价格由原来每公斤30元左右上猛升至每公斤70元左右，甚至达到每公斤80多元。随着铜价的大幅度上涨且长时间居高不下，直接导致电机生产成本的大幅增长，铜价在整个电机生产成本中所占比例达到50%以上，使电机企业必须为独自消化铜以及其他原材料涨价所带来的不利因素，不得不更多地承担来自成本大幅上涨所带来的巨大压力，为此，一些规模较小的电机企业因无法承受巨大的成本压力而实施了半停产甚至停产策略。

为了解决上述问题，有关技术人员将漆包铜线改用漆包铝线替代，旨在有效降低电机成本，例如，在CN201111323Y中公开了名称为“铝漆包线单相异步电机”的实用新型专利。该专利虽然能够有效降低成本，但却存在着输出功率明显下降、电机温升过高和使用寿命短的不足，以2KW通机为例，采用漆包铜线时，输出功率为2KW，使用寿命为1千小时以上；当采用漆包铝线后，输出功率仅为1.8KW，使用寿命不足250小时。造成这些不足的原因是，在相同规格下，用漆包铝线单纯代替漆包铜线，势必使绕组的内阻明显增大，线圈绕组的温升过高，这不仅因降低能量转换效率而使输出功率明显下降，而且还因易烧损电机而显著缩短了电机的使用寿命。

为了解决上述绕组内阻增大的问题，技术人员通常能够想到的办法是如下两种：

1、一是在与漆包铜线直径相同的前提下，缩短漆包铝线的长度，即减少绕组的匝数。由于绕组匝数的减少，势必出现输出功率降低的问题，因此，该方法是行不通的。

2、二是在与漆包铜线长度相同的前提下，增大漆包铝线的直径。这样一来，就必须增大定子冲片上线槽的横截面积，如果定子冲片尺寸不变的情况下，势必导致定子冲片的轭部宽度减小，磁通密度增大，致使电机发热快、温升过高、输出功率明显下降、电能转换效率低和使用寿命短，电机综合性能指标大打折扣。如果以铝代铜又要保证轭部截面不变，则要增加定子冲片外径，这又导致硅钢片用量明显加大，且无法保证安装尺寸不变，既增大制造成本，又失去产品装配的继承性，这是电机生产企业和用户都不愿意接受的。

在CN201113577Y中公开了名称为“一种铝线电机”的实用新型专利，该专利是针对上述的因增大定子冲片尺寸而明显增加制造成本的技术问题，与现有技术相比，在保持定子冲片外径尺寸不变的前提下，缩小定子冲片的内径，从而既能保持定子冲片的轭部宽度不变，又能增大线槽横截面积，满足用较大直径的漆包铝线单纯替代较小直径的漆包铜线的目的，试图保证电机的发热、功率、电能转换效率和使用寿命等综合性能指标达到技术要求。该专利虽然控制定子冲片使用用量不变，且有效地降低了制造成本，但却带来了如下严重的技术缺陷：众所周知，定子铁芯的轭部宽度必须与转子铁芯的轭部宽度相匹配。由于缩小了定子冲片的内径，因此，必然减小转子铁芯的尺寸，致使定子铁芯的轭部宽度必须与转子铁芯的轭部宽度不相匹配，在相同条件下，转子铁芯的磁通密度明显增大，导致转子铁芯发热快，电机输出功率随之降低，若想维持原有输出功率不变，就必然导致电机温升高，效率低，且容易烧损，明显地缩短了电机的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种针对外轮廓呈方圆形或长方圆形的定子冲片进行改进的用于交流电机上的定子铁芯，用它装配成交流电机后，可以在满足交流电机各项综合性能指标和保持定子硅钢片用量不变的基础上，充分利用废料，使定子铁芯的磁通密度分布均匀性得以显著提高，并可以显著降低电机制造成本，明显提高交流电机的性价比。

本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有定子铁芯本体，定子铁芯本体包括有多个定子冲片，沿定子冲片的内边缘上设置多个线槽，定子铁芯主体的上、下两端面上均设置便于装配电机的安装件；所述的定子冲片由原面区域和用于增大磁路横截面的增面区域构成；定子铁芯本体分为多层，每层有多个未错开角度的定子冲片同心地重叠在一起，任意相邻两层相互错开一个45度角，彼此同心地重叠在一起，每一个定子冲片的线槽均与相邻定子冲片的线槽相对应。

本实用新型中，所述的原面区域是指该区域的定子冲片的面积和线槽布局与现有的同规格下的定子冲片的面积和线槽布局相同。所述的增面区域是指与现有的同规格下的定子冲片的面积相比，所增加的面积区域。

本实用新型是针对外轮廓呈方圆形或长方圆形的定子冲片进行改进，在通过增加定子冲片的增面区域的同时，采用多层且相互错开45度角的布置结构形式，构成本实用新型所述的定子铁芯。与现有技术相比，本实用新型不仅明显增加了原来定子铁芯轭部的磁路横截面最小处附近的磁路横截面，而且通过增面区域的设置，也弥补因错角布置而使原来定子铁芯轭部的磁路横截面最大处的横截面减小的不足，致使整个定子铁芯的磁通密度分布均匀性得以显著提高，明显降低磁阻，避免因温升过高而影响输出功率、电能转换效率和使用寿命等电机性能指标，为电机的综合性能指标基本保持不变提供的充分的保障。由于增面区域所使用的材料完全可以采用原来被剪切的废料，因此，定子冲片的材料用量就可以根本不变，从而保证生产定子铁芯成本的不变。

在本实用新型中，安装件的作用主要是适应目前电机使用用户的实际需要，根据现有电机装配结构的实际情况，在不对安装部件几何尺寸作任何修改的前提下，方便地安装电机，具有良好的继承性，应用前景十分广泛。

本实用新型不仅适用于采用漆包铜线的电机，而且还适用于采用漆包铝线的电机，所述的电机可以是单相、三相的交流的发电机，也可以是单相、三相的交流电动机。为了能进一步显著降低电机的生产成本，电机生产企业可以采用漆包铝线，与漆包铜线相比，为了使绕组的内阻保持基本不变，可以增大漆包铝线的直径，同时，相应增大定子铁芯线槽的横截面，由于本实用新型结构形式，明显增大了定子铁芯磁路的横截面，因此，完全留有使定子冲片上的线槽横截面增大的空间。就目前而言，漆包铜线的价格是78元/公斤，漆包铝线的价格是30元/公斤，铜线电机与铝线电机中，铜、铝用量的重量之比为1：0.5，因此，每公斤漆包铜线用0.5公斤漆包铝线替代后，所产生的经济效益是：78×1-30×0.5=63元。可见，本实用新型在可以满足电机综合性能指标的前提下，显著地降低电机制造成本，明显提高交流电机的性价比。由于本实用新型在定子冲片中增设了增面区域，为以铝代铜提供了足够的空间，也是为以铝代铜制造电机在结构方面开辟一条新路。

由于采用了上述技术方案，将本实用新装配成电机后，可以在满足交流电机各项综合性能指标和保持定子冲片用量不变的基础上，充分利用废料，使定子铁芯的磁通密度分布均匀性得以显著提高，显著降低电机制造成本，明显提高交流电机的性价比。

附图说明

本实用新型的附图说明如下。

图1是现有的方圆形定子冲片构成定子铁芯的的结构示意图。

图2是图1中A-A剖视图。

图3是图1中B-B剖视图。

图4是本实用新型第一种实施例的结构示意图。

图5是图4中C-C剖视图。

图6是图4中D-D剖视图。

图7是图4中的一个定子冲片的结构示意图。

图8是图4的立体图。

图9是本实用新型第二种实施例的结构示意图。

图10是本实用新型第三种实施例的结构示意图。

图11是矩形硅钢片制成现有的定子冲片的过程图。

图12是矩形硅钢片制成本实用新型的一种定子冲片的过程图。

图中：⒈定子铁芯本体；⒉定子冲片；⒊线槽；⒋安装件；⒌原面区域；⒍增面区域；⒎片件；⒏通孔；⒐装配线槽；⒑装配通孔；⒒单体件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图4、9、10所示，本实用新型包括有定子铁芯本体1，定子铁芯本体1包括有多个定子冲片2，沿定子冲片2的内边缘上设置多个线槽3，定子铁芯主体1的上、下两端面上均设置便于装配电机的安装件4；如图5所示，所述的定子冲片2由原面区域5和用于增大磁路横截面的增面区域6构成；定子铁芯本体1分为多层，每层有多个未错开角度的定子冲片2同心地重叠在一起，任意相邻两层相互错开一个45度角，彼此同心地重叠在一起，每一个定子冲片2的线槽3均与相邻定子冲片2的线槽3相对应。

如图7所示，本实用新型中，所述的原面区域5是指该区域的定子冲片的面积和线槽布局与现有的同规格下的定子冲片的面积和线槽布局相同。图7中，虚线与直线边所围成的定子铁芯的中央区域就是原面区域5。所述的增面区域6是指与现有的同规格下的定子冲片的面积相比，所增加的面积区域。图7中，虚线与直线边所围成的四个角所在的区域就是增面区域6。

本实用新型是针对外轮廓呈方圆形或长方圆形的定子冲片2进行改进，在通过增加定子冲片2的增面区域6的同时，采用多层且相互错开45度角的布置结构形式，构成本实用新型所述的定子铁芯。如图1、2、3所示，与现有技术相比，本实用新型不仅明显增加了原来定子铁芯轭部的磁路横截面最小处附近的磁路横截面，而且通过增面区域的设置，也弥补因错角布置而使原来定子铁芯轭部的磁路横截面最大处的横截面减小的不足，如图4、5、6、7所示，致使整个定子铁芯的磁通密度分布均匀性得以显著提高，明显降低磁阻，避免因温升过高而影响输出功率、电能转换效率和使用寿命等电机性能指标，为电机的综合性能指标基本保持不变提供的充分的保障。如图11所示，图中的图a是矩形硅钢片，图b是将图a所示的形状冲压成的现有的定子冲片的形状。如图12所示，图a是图11中的图a相同尺寸的矩形硅钢片，图b是将图a所示的形状冲压成本实用新型定子冲片2的形状。结合图11、12可知，由于增面区域所使用的材料完全可以采用原来被剪切的废料，因此，定子冲片2的材料用量就可以根本不变，从而保证生产定子铁芯所用硅钢片材料成本的不变。

本实用新型不仅适用于采用漆包铜线的电机，而且还适用于采用漆包铝线的电机，所述的电机可以是单相、三相的交流的发电机，也可以是单相、三相的交流电动机。为了能进一步显著降低电机的生产成本，电机生产企业可以采用漆包铝线，与漆包铜线相比，为了使绕组的内阻保持基本不变，可以增大漆包铝线的直径，同时，相应增大定子铁芯线槽3的横截面，由于本实用新型结构形式，明显增大了定子铁芯磁路的横截面，因此，完全留有使定子冲片2上的线槽3横截面增大的空间。就目前而言，漆包铜线的价格是78元/公斤，漆包铝线的价格是30元/公斤，铜线电机与铝线电机中，铜、铝用量的重量之比为1：0.5，因此，每公斤漆包铜线用0.5公斤漆包铝线替代后，所产生的经济效益是：78×1-30×0.5=63元。可见，本实用新型在可以满足电机综合性能指标的前提下，显著地降低电机制造成本，明显提高交流电机的性价比。由于本实用新型在定子冲片中增设了增面区域，为以铝代铜提供了足够的空间，也是为以铝代铜制造电机在结构方面开辟一条新路。

在实用新型中，相邻两层定子冲片相互错开的角度是45度，当然，相邻两层定子冲片相互错开的角度也可以是其它的锐角，即大于零度而小于90度，该角度可以是45度、55度或30度，也可以是属于锐角的其它任何一个角度，只不过45度为最佳角度。

实施例1：

如图4、5、6、7、8所示，定子铁芯本体1可以分为三层。其中，每层中定子冲片的个数是根据实际情况进行确定的，例如，第一层、第二层和第三层的定子冲片2的个数可以分别是64、140、64。

实施例2：

如图9所示，定子铁芯本体1也可以分为二层。其中，每一层定子冲片2的个数可以是134。

实施例3：

如图10所示，定子铁芯本体1还可以分为四层，每一层定子冲片2的个数可以是67。

安装件4的作用主要是适应目前电机使用用户的实际需要，根据现有电机装配结构的实际情况，在不对安装部件几何尺寸作任何修改的前提下，方便地安装电机，具有良好的继承性，应用前景十分广泛。

如图8、9所示，安装件4由多个片件7同心地重叠而成，每个片件7上设置有与定子冲片2内径尺寸相对应的通孔8，沿通孔8的边缘上设置有与定子冲片2的线槽3相对应的装配线槽9。片件7可以是由磁性材料制成，也可以是由非磁性材料制成的。

如图10所示，安装件4由一个带装配通孔10的单体件11构成，装配通孔10与定子冲片2的内孔和线槽3相对应，装配通孔10的面积大于或者等于定子冲片2的内孔和所有线槽3所占面积的总和。单体件11可以是由非磁性材料制成的。

安装件4无论是由磁性材料还是由非磁性材料制成，其外轮廓几何尺寸必须与原有的安装尺寸相同或相匹配，使其具有良好的继承性。

在本实用新型中，定子冲片的线槽3布局并不只是图中所示的形式，它可以是所有现有技术的线槽布局中的任何一种布局形式。生产者可以根据实际需要进行任何布局设计。

Claims (10)

1.一种用于交流电机上的定子铁芯，包括有定子铁芯本体（1），定子铁芯本体（1）包括有多个定子冲片（2），沿定子冲片（2）的内边缘上设置多个线槽（3），其特征在于定子铁芯主体（1）的上、下两端面上均设置便于装配电机的安装件（4）；所述的定子冲片（2）由原面区域（5）和用于增大磁路横截面的增面区域（6）构成；定子铁芯本体（1）分为多层，每层有多个未错开角度的定子冲片（2）同心地重叠在一起，任意相邻两层相互错开一个45度角，彼此同心地重叠在一起，每一个定子冲片（2）的线槽（3）均与相邻定子冲片（2）的线槽（3）相对应。

2.如权利要求1所述的用于交流电机上的定子铁芯，其特征在于：定子铁芯本体（1）分为三层。

3.如权利要求2所述的用于交流电机上的定子铁芯，其特征在于：第一层、第二层和第三层的定子冲片（2）的个数分别是64、140、64。

4.如权利要求1所述的用于交流电机上的定子铁芯，其特征在于：定子铁芯本体（1）分为二层。

5.如权利要求4所述的用于交流电机上的定子铁芯，其特征在于：每一层定子冲片（2）的个数是134。

6.如权利要求1所述的用于交流电机上的定子铁芯，其特征在于：定子铁芯本体（1）分为四层，每一层定子冲片（2）的个数是67。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的用于交流电机上的定子铁芯，其特征在于：安装件（4）由多个片件（7）同心地重叠而成，每个片件（7）上设置有与定子冲片（2）内径尺寸相对应的通孔（8），沿通孔（8）的边缘上设置有与定子冲片（2）的线槽（3）相对应的装配线槽（9）。

8.如权利要求7所述的用于交流电机上的定子铁芯，其特征在于：片件（7）是由磁性材料或非磁性材料制成的。

9.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的用于交流电机上的定子铁芯，其特征在于：安装件（4）由一个带装配通孔（10）的单体件（11）构成，装配通孔（10）与定子冲片（2）的内孔和线槽（3）相对应，装配通孔（10）的面积大于或者等于定子冲片（2）的内孔和所有线槽（3）所占面积的总和。

10.如权利要求9所述的用于交流电机上的定子铁芯，其特征在于：单体件（11）是由非磁性材料制成的。

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