本實(shí)用新型涉及一種定子及永磁無刷電機(jī)。

背景技術(shù)：

永磁無刷電機(jī)由定子及轉(zhuǎn)子構(gòu)成，其中定子主要由定子鐵芯及定子繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子永磁體和轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式多種多樣，可以是內(nèi)置式永磁體結(jié)構(gòu)、表面式磁體結(jié)構(gòu)或插入式磁體結(jié)構(gòu)。定子的鐵芯軸向長度一般與轉(zhuǎn)子鐵芯軸向長度及轉(zhuǎn)子永磁體軸向長度相等。目前的定子鐵芯大都由疊壓硅鋼材料構(gòu)成，定子齒頂、定子齒身和定子鐵芯軛的軸向長度都相同(即所謂的電機(jī)二維磁路結(jié)構(gòu))。定子繞組型式多種多樣，放置于定子槽中。由于采用疊壓硅鋼鐵芯，繞組端部位于定子鐵芯兩端，只是用于連接定子槽中的繞組導(dǎo)體，占有軸向空間而不產(chǎn)生機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。軟磁復(fù)合材料作為一種新型電機(jī)鐵芯定子材料，由于材料本身的各向同性磁特性及鐵芯的模壓成形工藝，可以使電機(jī)定子鐵芯齒頂?shù)妮S向長度大于齒身的軸向長度(即電機(jī)鐵芯具有三維磁路結(jié)構(gòu))，而轉(zhuǎn)子鐵芯及轉(zhuǎn)子永磁體的軸向長度與定子齒頂?shù)妮S向長度相同。因此基于SMC(soft magnetic composite，軟磁復(fù)合材料，即由軟磁性鐵氧體和高聚物基體復(fù)合而成的具有軟磁性功能的復(fù)合材料)的永磁無刷電機(jī)，繞組的端部軸向長度空間在轉(zhuǎn)子永磁體磁場的作用下可以進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。因此基于軟磁復(fù)合材料的電機(jī)定子鐵芯具有三維磁路結(jié)構(gòu)，有助于提高電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。

但是，目前基于軟磁復(fù)合材料的電機(jī)定子鐵芯有兩種結(jié)構(gòu)，其一，全部由軟磁復(fù)合材料模壓而成，當(dāng)然可以采用分塊模壓的方式，整個(gè)軟磁復(fù)合材料定子鐵芯分成幾塊SMC鐵芯組合而成，如圖1所示，將定子鐵芯分為定子鐵芯軛2-1、定子齒身2-2、定子齒頂2-3等部分分塊模壓，繞組3的端部位于定子齒頂軸向長度大于定子齒身軸向的空間內(nèi)；其二，定子鐵芯軛2-1采用疊壓硅鋼材料，而定子鐵芯齒部(包括定子齒身2-2和定子齒頂2-3)采用軟磁復(fù)合材料模壓而成，將軟磁復(fù)合材料定子齒嵌放在疊壓硅鋼定子鐵芯軛上，如圖2所示。

軟磁復(fù)合材料相對(duì)于疊壓硅鋼材料的最大缺點(diǎn)有二，即導(dǎo)磁率低和正常電機(jī)工作頻率范圍內(nèi)鐵耗高。因此無論整體SMC定子鐵芯，還是目前的軟磁復(fù)合材料和疊壓硅鋼材料的組合定子鐵芯，都由于軟磁復(fù)合材料的導(dǎo)磁率低而需要增加永磁體用量，從而提高了電機(jī)制造成本，都由于軟磁復(fù)合材料在電機(jī)正常工作頻率范圍內(nèi)鐵耗低而影響到電機(jī)的運(yùn)行效率，從而影響到電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度的提高(盡管電機(jī)由于采用軟磁復(fù)合材料而具有三維磁路結(jié)構(gòu)，從而具有理論上的高功率密度和轉(zhuǎn)矩密度)。

若將傳統(tǒng)的永磁硅鋼電機(jī)轉(zhuǎn)子沿軸向拉長至與繞組3端部平齊，如圖3所示，則電機(jī)整體尺寸不變。但轉(zhuǎn)子1超出定子2部分的永磁體磁通，一部分會(huì)沿著軌跡4進(jìn)入定子端部，使得端部飽和；由于疊壓硅鋼片沿電機(jī)軸向的各向異性，加之機(jī)殼是實(shí)心結(jié)構(gòu)，另一部分磁通會(huì)沿著軌跡5進(jìn)入實(shí)心機(jī)殼，引起較大損耗，造成永磁體的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了兩種定子及基于該定子的永磁無刷電機(jī)。

本實(shí)用新型的第一種定子，其具體結(jié)構(gòu)為：

所述定子由定子鐵芯和定子繞組構(gòu)成；所述定子鐵芯由軟磁復(fù)合材料和疊壓硅鋼材料構(gòu)成，所述定子鐵芯由一個(gè)定子鐵芯軛、多個(gè)定子齒身和多個(gè)定子齒頂疊壓成一體而構(gòu)成；定子繞組嵌放在定子齒身上，定子繞組的線圈端部與定子齒頂軸向端部部分對(duì)齊；

每個(gè)定子齒頂由定子齒頂中間部分和定子齒頂周邊部分構(gòu)成；所述定子齒頂周邊部分由一塊中間開孔的軟磁復(fù)合材料鐵芯塊構(gòu)成，中間開孔的尺寸與定子齒頂中間部分相同，使得定子齒頂周邊部分扣在定子齒頂中間部分，進(jìn)而形成整個(gè)定子齒頂。

進(jìn)一步的，所述定子齒頂中間部分的軸截面是比定子齒身軸截面小的矩形面。

從制造工藝以及定子運(yùn)行穩(wěn)定性方面來考慮，定子齒頂中間部分的軸截面設(shè)置為矩形面更容易加工制造，而且定子齒頂周邊部分是由一塊中間開孔的軟磁復(fù)合材料鐵芯塊構(gòu)成，該中間開孔恰好與矩形面相匹配，使得定子齒頂周邊部分與定子齒頂中間部分相匹配組成在一起，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的定子齒頂。

基于第一種定子結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型還提供了一種永磁無刷電機(jī)。該永磁無刷電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和第一種結(jié)構(gòu)的定子。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子永磁體構(gòu)成，轉(zhuǎn)子鐵芯采用硅鋼材料疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯的軸向長度與轉(zhuǎn)子永磁體的軸向長度相同。這樣使得裝配轉(zhuǎn)子時(shí)更加方便。

進(jìn)一步的，所述定子齒頂?shù)目傒S向長度與轉(zhuǎn)子鐵芯軸向長度相同。這樣不僅能夠方便永磁無刷電機(jī)的裝配，還有利于整個(gè)永磁無刷電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型的第二種定子，具體結(jié)構(gòu)為：

所述定子鐵芯由軟磁復(fù)合材料和疊壓硅鋼材料構(gòu)成，所述定子鐵芯由一個(gè)定子鐵芯軛、多個(gè)定子齒身和多個(gè)定子齒頂疊壓成一體而構(gòu)成；定子繞組嵌放在定子齒身上，定子繞組的線圈端部與定子齒頂軸向端部部分對(duì)齊；

每個(gè)定子齒頂由定子齒頂中間部分和定子齒頂周邊部分構(gòu)成；所述定子齒頂周邊部分采用兩塊分體的軟磁復(fù)合材料鐵芯塊構(gòu)成，每一塊軟磁復(fù)合材料鐵芯塊的周向?qū)挾扰c定子齒頂 中間部分周向?qū)挾认嗤?，每一塊軟磁復(fù)合材料鐵芯塊的一端均開有槽口，所述槽口與定子齒頂中間部分配合，進(jìn)而形成整個(gè)定子齒頂。

進(jìn)一步的，所述定子齒頂中間部分的軸截面是“十”字形狀。

從制造工藝以及定子運(yùn)行穩(wěn)定性方面來考慮，定子齒頂中間部分的軸截面是“十”字形狀，加工制造容易，而且定子齒頂周邊部分是由兩塊分體的軟磁復(fù)合材料鐵芯塊構(gòu)成，每一塊軟磁復(fù)合材料鐵芯塊的周向?qū)挾扰c定子齒頂中間部分周向?qū)挾认嗤?，每一塊軟磁復(fù)合材料鐵芯塊的一端均開有槽口，槽口與定子齒頂中間部分配合，使得定子齒頂周邊部分與定子齒頂中間部分相匹配組成在一起，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的定子齒頂。

需要說明的是，定子齒頂中間部分的軸截面也可以采用其他形狀。

基于第二種定子結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型還提供了一種永磁無刷電機(jī)。該永磁無刷電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和第二種定子結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子永磁體構(gòu)成，轉(zhuǎn)子鐵芯采用硅鋼材料疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯的軸向長度與轉(zhuǎn)子永磁體的軸向長度相同。這樣使得裝配轉(zhuǎn)子時(shí)更加方便。

進(jìn)一步的，所述定子齒頂?shù)目傒S向長度與轉(zhuǎn)子鐵芯軸向長度相同。這樣不僅能夠方便永磁無刷電機(jī)的裝配，還有利于整個(gè)永磁無刷電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

由于本實(shí)用新型的定子齒頂周邊部分在嵌放線圈后再裝配，因此定子繞組線圈的嵌放很容易，可以使電機(jī)具有高的槽滿率，而且繞組線圈可以很小，這對(duì)減少電機(jī)繞組用銅量、降低繞組電阻、提高電機(jī)的槽滿率極為有利，因此也有利于提高電機(jī)的運(yùn)行效率、功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對(duì)本申請的不當(dāng)限定。

圖1為12槽永磁無刷電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為12槽永磁無刷電機(jī)硅鋼與SMC組合定子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為普通永磁無刷電機(jī)示意圖；

圖4為12槽永磁無刷電機(jī)定子分塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為第一種矩形截面新型永磁無刷電機(jī)組合定子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為第二種“十”字截面新型永磁無刷電機(jī)組合定子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為10極12槽硅鋼與SMC組合定子永磁無刷電機(jī)示意圖；

圖8為12槽硅鋼與SMC組合定子第一種結(jié)構(gòu)硅鋼部分示意圖；

圖9為12槽硅鋼與SMC組合定子第一種結(jié)構(gòu)硅鋼部分端部截面圖；

圖10為12槽硅鋼與SMC組合定子第一種結(jié)構(gòu)硅鋼部分中部截面圖；

圖11為第一種結(jié)構(gòu)組合定子硅鋼部分組裝示意圖；

圖12為第一種結(jié)構(gòu)組合定子繞組組裝示意圖；

圖13為第一種結(jié)構(gòu)組合定子齒頂周邊部分組裝示意圖；

圖14為第一種結(jié)構(gòu)組合定子示意圖；

圖15為第二種結(jié)構(gòu)組合定子繞組組裝示意圖；

圖16為第二種結(jié)構(gòu)組合定子齒頂周邊部分組裝示意圖；

圖17為第二種結(jié)構(gòu)組合定子示意圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

定子由定子鐵芯2和定子繞組3構(gòu)成。定子鐵芯2由軟磁復(fù)合(SMC)材料和疊壓硅鋼材料構(gòu)成，而形成組合定子鐵芯結(jié)構(gòu)。定子鐵芯由一個(gè)定子鐵芯軛2-1、多個(gè)定子齒身2-2和多個(gè)定子齒頂2-3構(gòu)成，每個(gè)定子齒頂由定子齒頂周邊部分2-3-1和定子齒頂中間部分2-3-2構(gòu)成，如圖4所示。根據(jù)定子齒頂周邊部分2-3-1和定子齒頂中間部分2-3-2的形狀不同，本實(shí)用新型將給出以下兩個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例1

第一種結(jié)構(gòu)定子齒頂中間部分2-3-2A的軸截面是比定子齒身軸截面小的矩形面，如圖5所示。其中定子鐵芯軛2-1、多個(gè)定子齒身2-2和多個(gè)定子齒頂中間部分2-3-2A由硅鋼材料構(gòu)成，并疊壓成一體。相應(yīng)的定子齒頂周邊部分2-3-1A由軟磁復(fù)合材料模壓而成，可以采用一塊中間開孔的整體SMC鐵芯塊構(gòu)成，該孔的尺寸正好與定子齒頂中間部分2-3-2A相同，這一由軟磁復(fù)合材料模壓而成的整體定子齒頂周邊部分2-3-1A扣在定子齒頂中間部分2-3-2A，形成定子齒頂2-3。

從制造工藝以及定子運(yùn)行穩(wěn)定性方面來考慮，定子齒頂中間部分的軸截面設(shè)置為矩形面更容易加工制造，而且定子齒頂周邊部分是由一塊中間開孔的軟磁復(fù)合材料鐵芯塊構(gòu)成，該中間開孔恰好與矩形面相匹配，使得定子齒頂周邊部分與定子齒頂中間部分相匹配組成在一起，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的定子齒頂。

所述的組合后定子齒頂2-3的總軸向長度與轉(zhuǎn)子鐵芯(即轉(zhuǎn)子永磁體)軸向長度相同。顯然，所述的定子齒身2-2的軸向長度小于組合后定子齒頂2-3的軸向長度。如圖7所示，定子繞組的線圈嵌放在定子齒身2-2上，定子繞組的線圈端部位于定子齒頂2-3軸向大于定子齒身2-2軸向的空間內(nèi)，也即，定子線圈端部與定子齒頂2-3軸向端部部分對(duì)齊。

電機(jī)的定子第一種結(jié)構(gòu)制造步驟如下：

首先采用硅鋼材料疊壓成型除定子齒頂周邊部分的其他定子鐵芯，包括定子鐵芯軛2-1、多個(gè)定子齒身2-2和多個(gè)定子齒頂中間部分2-3-2A，如圖8所示，顯然這部分鐵芯的兩端部分橫截面結(jié)構(gòu)相同，而中間部分的橫截面由于定子鐵芯的齒頂中間部分而與兩端鐵芯截面不同，故將其拆分為三塊制作。兩端部分橫截面如圖9所示，中間部分的橫截面如圖10所示，分別按照各自長度疊壓成型，最后將三塊組合在一起，如圖11所示，即完成定子硅鋼部分制作。

然后放置定子繞組的線圈，將定子繞組的線圈3預(yù)先繞制成型，再壓入定子，如圖12所示，顯然現(xiàn)在還沒有放置鐵芯齒頂周邊部分，因此繞組線圈的嵌放很容易，而且線圈的繞組端部可以很短。接著將SMC模壓而成的定子齒頂周邊部分2-3-1A沿徑向卡入定子齒頂中間2-3-2A組合形成定子的齒頂，如圖13所示，最后使用環(huán)氧膠粘結(jié)，則定子部分的制造全部完成，如圖14所示。

實(shí)施例2

第二種結(jié)構(gòu)定子齒頂中間部分2-3-2B的軸截面是“十”字形狀，其中“丨”方向?qū)?yīng)電機(jī)的軸向，“一”方向?qū)?yīng)電機(jī)圓周方向，“一”方向的寬度為整個(gè)電機(jī)定子齒頂寬度(圓周方向)，如圖6所示。相應(yīng)的定子齒頂周邊部分由軟磁復(fù)合材料模壓而成，可以由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的SMC鐵芯塊2-3-1B構(gòu)成，兩鐵芯塊的周向?qū)挾扰c定子齒頂中間部分2-3-2B的“一”部分的周向?qū)挾认嗤?，兩鐵芯段的一段開有槽口，這一槽口的大小與定子齒頂中間部分2-3-2B的“丨”的兩端部分相等，正好與所述定子齒頂中間部分2-3-2B的“丨”的兩端部分配合，構(gòu)成定子齒頂周邊部分的兩個(gè)SMC鐵芯塊2-3-1B與所述的“十”字定子齒頂中間部分2-3-2B組合成定子齒頂2-3。

從制造工藝以及定子運(yùn)行穩(wěn)定性方面來考慮，定子齒頂中間部分的軸截面是“十”字形狀，加工制造容易，而且定子齒頂周邊部分是由兩塊分體的軟磁復(fù)合材料鐵芯塊構(gòu)成，每一塊軟 磁復(fù)合材料鐵芯塊的周向?qū)挾扰c定子齒頂中間部分周向?qū)挾认嗤?，每一塊軟磁復(fù)合材料鐵芯塊的一端均開有槽口，槽口與定子齒頂中間部分配合，使得定子齒頂周邊部分與定子齒頂中間部分相匹配組成在一起，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的定子齒頂。

需要說明的是，定子齒頂中間部分的軸截面也可以采用其他形狀。

所述的組合后定子齒頂2-3的總軸向長度與轉(zhuǎn)子鐵芯(即轉(zhuǎn)子永磁體)軸向長度相同。顯然，所述的定子齒身2-2的軸向長度小于組合后定子齒頂2-3的軸向長度。如圖7所示，繞組線圈嵌放在定子齒身2-2上，定子線圈的端部位于定子齒頂2-3軸向大于定子齒身2-2軸向的空間內(nèi)，也即，定子線圈端部與定子齒頂2-3軸向端部部分對(duì)齊。

電機(jī)的定子第二種結(jié)構(gòu)制造步驟如下：首先采用硅鋼材料疊壓成型除定子齒頂周邊部分的其他定子鐵芯，包括定子鐵芯軛2-1、多個(gè)定子齒身2-2和多個(gè)定子齒頂中間部分2-3-2B，顯然這部分鐵芯的兩端部分橫截面結(jié)構(gòu)相同，而中間部分的橫截面由于定子鐵芯的齒頂中間部分而與兩端鐵芯截面不同，故將其拆分制作，與所述電機(jī)的定子第一種結(jié)構(gòu)硅鋼部分制造方法相同。

然后放置定子繞組的線圈，顯然現(xiàn)在還沒有放置鐵芯齒頂周邊部分，因此定子繞組的線圈的嵌放很容易，而且定子繞組的線圈的繞組端部可以很短，如圖15所示；接著將SMC模壓而成的定子齒頂周邊部分2-3-1B沿徑向卡入定子齒頂中間2-3-2B組合形成定子的齒頂，如圖16所示，最后使用環(huán)氧膠粘結(jié)，則定子部分的制造全部完成，如圖17所示。

定子齒頂中間部分2-3-2的設(shè)置有助于SMC部分2-3-1的精準(zhǔn)定位，解決了組裝齒頂時(shí)容易出現(xiàn)徑向或周向偏差的問題，且SMC部分與硅鋼片部分接觸面積變大數(shù)倍，使得粘結(jié)更加牢固，轉(zhuǎn)子裝入后對(duì)齒頂?shù)挠绊憸p小。

由于在通常的電機(jī)工作頻率范圍內(nèi)，SMC的鐵耗高于疊壓硅鋼材料，本實(shí)用新型的組合定子，充分利用軟磁復(fù)合材料的各向同性磁特性而使定子鐵芯具有三維磁路結(jié)構(gòu)，從而提高電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度；硅鋼片的大量使用避免了軟磁復(fù)合材料低導(dǎo)磁率缺陷和電機(jī)工作頻率范圍內(nèi)的高鐵耗缺陷而引起的電機(jī)永磁體用量增加和電機(jī)鐵耗增大。

此外，定子齒頂中間部分2-3-2材料為硅鋼片，定子齒頂周邊部分2-3-1為軟磁復(fù)合材料，由于二者導(dǎo)磁率不同，硅鋼片比SMC導(dǎo)磁率大，永磁體磁通進(jìn)入氣隙后，優(yōu)先通過中間部分2-3-2的硅鋼片進(jìn)入齒頂，進(jìn)而進(jìn)入齒身。故相比單一材料制作的定子，本實(shí)用新型使用硅鋼片及軟磁復(fù)合材料組合制作定子，能夠使得磁通盡可能從齒頂中間通過，削弱了齒身端部的飽和，一定程度上解決了磁密沿齒身分布不均勻的現(xiàn)象。本實(shí)用新型的組合定子不僅使得電機(jī)實(shí)際制造簡單，而且有助于提升電機(jī)性能。

分別基于實(shí)施例1和實(shí)施例2的定子結(jié)構(gòu)，以及轉(zhuǎn)子及其他輔助部件如轉(zhuǎn)軸、機(jī)殼和端蓋，還構(gòu)成了一種永磁無刷電機(jī)。

其中，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子永磁體構(gòu)成，轉(zhuǎn)子鐵芯采用疊壓硅鋼材料疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯的軸向長度與轉(zhuǎn)子永磁體的軸向長度相同。

由于本實(shí)用新型的定子齒頂周邊部分在嵌放線圈后再裝配，因此定子繞組線圈的嵌放很容易，可以使電機(jī)具有高的槽滿率，而且繞組線圈可以很小，這對(duì)減少電機(jī)繞組用銅量、降低繞組電阻、提高電機(jī)的槽滿率極為有利，因此也有利于提高電機(jī)的運(yùn)行效率、功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。