CN109120080A - 电机定子、电机和大巴 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电机定子、电机和大巴。该电机定子包括定子齿(1)，定子齿(1)包括齿根部(2)和齿顶部(3)，齿顶部(3)设置在齿根部(2)上，齿顶部(3)包括第一齿顶单元(4)和第二齿顶单元(5)，第一齿顶单元(4)和第二齿顶单元(5)沿电机定子的周向设置在齿根部(2)的两侧，且第一齿顶单元(4)和第二齿顶单元(5)之间形成齿顶气隙(6)。根据本发明的电机定子，能够减少漏磁，提高永磁体利用率，提高输出转矩。

Description

电机定子、电机和大巴
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电机定子、电机和大巴。
背景技术
低速大转矩电机适用于很多场合，如电动车驱动、高铁驱动、电梯、矿山等。通常低速大转矩电机极数较多，定子槽数相应成倍增长，造成加工困难，工艺困难。近极槽永磁同步电机非常适合低速大转矩电机，其定子槽数与转子极数相近，可以解决以上问题。
如图1所示，近极槽永磁同步电机定子齿顶部1’较宽，与转子极弧长度相近，造成永磁体产生的磁链有相当一部分经过定子齿顶部1’直接闭合，只经过漏磁路3’而不经过主磁路2’。这部分磁链不会产生有效转矩，因此会降低永磁体利用率。定子齿顶部漏磁也使得定子齿顶部过早进入饱和状态，进一步削弱电机转矩输出，同时因为各个齿饱和程度不同，转矩脉动也将增加。
因此现有的近极槽永磁同步电机，由于定子齿顶和转子极弧相近而存在齿顶漏磁，磁场齿顶漏磁部分只经过齿顶部闭合，不经过轭部。齿顶漏磁会造成永磁体利用率低、电机齿顶部过早饱和、转矩脉动大等负面影响。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电机定子、电机和大巴，能够减少漏磁，提高永磁体利用率，提高输出转矩。
为了解决上述问题，本发明提供一种电机定子，包括定子齿，定子齿包括齿根部和齿顶部，齿顶部设置在齿根部上，齿顶部包括第一齿顶单元和第二齿顶单元，第一齿顶单元和第二齿顶单元沿电机定子的周向设置在齿根部的两侧，且第一齿顶单元和第二齿顶单元之间形成齿顶气隙。
优选地，齿顶气隙沿径向方向贯穿第一齿顶单元和第二齿顶单元，并将第一齿顶单元和第二齿顶单元间隔开。
优选地，齿顶气隙从第一齿顶单元和第二齿顶单元靠近齿根部的一端沿径向方向延伸，第一齿顶单元和第二齿顶单元在远离齿根部的一端对接在一起，并封闭齿顶气隙。
优选地，第一齿顶单元和第二齿顶单元一体成型。
优选地，定子齿的第一齿顶单元与相邻定子齿的第二齿顶单元之间对接形成闭口槽。
优选地，定子齿的第一齿顶单元与相邻定子齿的第二齿顶单元之间一体成型。
优选地，第一齿顶单元和第二齿顶单元与齿根部之间卡接固定。
优选地，齿根部上设置有沿电机定子的轴向方向延伸的第一卡槽，第一齿顶单元卡接在第一卡槽内；和/或，齿根部上设置有沿电机定子的轴向延伸的第二卡槽，第二齿顶单元卡接在第二卡槽内。
优选地，第一卡槽和/或第二卡槽的截面形状为梯形、土字型或优弧形。
优选地，在垂直于电机定子的中心轴线的截面上，齿顶气隙的宽度为W1，其中，
0.15*WT≤W1≤0.3*WT；
式中，DS为定子外径，NS为定子槽数。
优选地，在垂直于电机定子的中心轴线的截面上，齿顶气隙的长度为L1，其中，
0.2*LT≤L1≤0.4*LT；
式中，DS为定子外径，DY为定子槽底部位置直径。
优选地，齿顶部采用有取向硅钢片制成。
根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括电机定子，该电机定子为上述的电机定子。
根据本发明的再一方面，提供了一种大巴，包括上述的电机定子。
本发明提供的电机定子，包括定子齿，定子齿包括齿根部和齿顶部，齿顶部设置在齿根部上，齿顶部包括第一齿顶单元和第二齿顶单元，第一齿顶单元和第二齿顶单元沿电机定子的周向设置在齿根部的两侧，且第一齿顶单元和第二齿顶单元之间形成齿顶气隙。本申请的电机定子，对定子齿的齿顶部进行了处理，将齿顶部分成第一齿顶单元和第二齿顶单元，且第一齿顶单元和第二齿顶单元之间形成有齿顶气隙，由于齿顶气隙的磁阻远大于定子铁芯的磁阻，因此可以使得转子上永磁体产生的磁场经过定子齿时绕开齿顶气隙，改为经过定子轭部回到永磁体闭合，也即，将由漏磁路闭合的漏磁通改为经主磁路闭合的主磁通，达到减少漏磁，提高永磁体利用率，提高输出转矩的目的，同时降低了定子齿的齿顶部的饱和程度，提高了电机的工作性能。
附图说明
图1为现有技术中的近极槽永磁同步电机的磁路示意图；
图2为有取向硅钢片的导磁示意图；
图3为本发明实施例的电机定子的齿部结构示意图；
图4为本发明实施例的电机定子的齿部结构尺寸图；
图5为本发明实施例的电机定子的相邻定子齿齿顶部合并处理的结构示意图；
图6为本发明实施例的电机定子的定子齿齿顶部及相邻定子齿齿顶部均合并处理的结构示意图；
图7为本发明实施例的电机定子的定子齿齿顶部的另一种配合结构示意图；
图8为本发明实施例的电机定子的定子齿齿顶部的另一种配合结构示意图；
图9为现有技术中的近极槽永磁同步电机的磁路图；
图10为本发明实施例的电机的磁路图；
图11为齿顶尺寸W1对电机漏磁系数的影响曲线图；
图12为齿顶尺寸L1对齿顶部磁密的影响曲线图；
图13为常规近极槽电机及本发明电机的气隙磁密波形对比图；
图14为齿顶尺寸W1对转矩脉动的影响曲线图；
图15为齿顶尺寸W1对转矩输出的影响曲线图；
图16为齿顶尺寸L1对转矩输出的影响曲线图。
附图标记表示为：
1、定子齿；2、齿根部；3、齿顶部；4、第一齿顶单元；5、第二齿顶单元；6、齿顶气隙；7、第一卡槽；8、第二卡槽。
具体实施方式
本申请中部分名词释义：
近极槽永磁同步电机：定子齿数与转子极数相近的永磁电机(NS＝2p±1；NS＝2p±2，NS表示齿数，p表示极对数)，其定子齿顶宽与极弧宽度相近；
漏磁：指电机中不经过主磁路闭合的磁场，不能产生有效转矩，还将造成漏磁经过的部分铁芯饱和；
主磁路：转子永磁体发出的磁场经过气隙、定子齿部、定子轭部、定子齿部、气隙再回到转子闭合，这条磁场通道称为主磁路，是电机正常工作磁场闭合的路径；
漏磁路：磁场不经过主磁路直接闭合的磁路通道称为漏磁路。
结合参见图2至图16所示，根据本发明的实施例，电机定子包括定子齿1，定子齿1包括齿根部2和齿顶部3，齿顶部3设置在齿根部2上，齿顶部3包括第一齿顶单元4和第二齿顶单元5，第一齿顶单元4和第二齿顶单元5沿电机定子的周向设置在齿根部2的两侧，且第一齿顶单元4和第二齿顶单元5之间形成齿顶气隙6。齿顶气隙6在第一齿顶单元4和第二齿顶单元5之间形成空气间隙，能够将第一齿顶单元4和第二齿顶单元5至少部分隔开。
本申请的电机定子，对定子齿1的齿顶部3进行了处理，将齿顶部3分成第一齿顶单元4和第二齿顶单元5，且第一齿顶单元4和第二齿顶单元5之间形成有齿顶气隙6，由于齿顶气隙6的磁阻远大于定子铁芯的磁阻，因此可以使得转子上永磁体产生的磁场经过定子齿1时绕开齿顶气隙6，改为经过定子轭部回到永磁体闭合，也即，将由漏磁路闭合的漏磁通改为经主磁路闭合的主磁通，达到减少漏磁，提高永磁体利用率，提高输出转矩的目的，同时降低了定子齿的齿顶部的饱和程度，提高了电机的工作性能。
上述的电机定子例如为近极槽永磁同步电机定子。本发明通过将近极槽永磁同步电机定子齿顶部分半，使得每个定子齿具有两个较小齿顶单元，缩小齿顶宽度相当于增大齿顶切向(漏磁方向)的磁阻，磁阻增大可以有效减少这个部分的漏磁，且两个齿顶单元之间设计有齿顶气隙6，齿顶气隙6的磁阻较大，进一步减小齿顶漏磁。
在其中的一个实施例中，齿顶气隙6沿径向方向贯穿第一齿顶单元4和第二齿顶单元5，并将第一齿顶单元4和第二齿顶单元5间隔开，如图3和图4所示。在本实施例中，第一齿顶单元4和第二齿顶单元5之间完全由齿顶气隙6间隔开，能够通过齿顶气隙6完全阻断齿顶漏磁，进一步提高永磁体利用率，提高输出转矩。
在另外一个实施例中，齿顶气隙6从第一齿顶单元4和第二齿顶单元5靠近齿根部2的一端沿径向方向延伸，第一齿顶单元4和第二齿顶单元5在远离齿根部2的一端对接在一起，并封闭齿顶气隙6，如图6所示。在本实施例中，第一齿顶单元4的顶部向着第二齿顶单元5伸出一凸起，第二齿顶单元5的顶部向着第一齿顶单元4伸出一凸起，两个凸起对接，从而将齿顶气隙6的顶部开口封闭，形成封闭的齿顶气隙6。该结构中齿顶部3靠近定子和转子之间的气隙的部分采用合并处理，因此可以实现定子表面无槽口，能够使转子与定子的气隙处磁阻变化更加平滑，转矩脉动更小。
优选地，第一齿顶单元4和第二齿顶单元5一体成型，具有更好的结构性能。第一齿顶单元4和第二齿顶单元5之间也可以通过粘接等方式固定连接为一体。
在本发明的一个实施例中，定子齿1的第一齿顶单元4与相邻定子齿1的第二齿顶单元5之间对接形成闭口槽，如图5和图6所示。在本实施例中，相邻的两个定子齿1之间的两个分半定子齿顶部合并处理，也即一个定子齿1的第一齿顶单元4与另一个定子齿1的第二齿顶单元5之间合并处理，形成定子组合齿顶部，定子组合齿顶部与齿根部2之间通过卡扣连接，构成近极槽永磁同步电机的定子齿部。合并处理的定子齿部将定子槽口封闭，形成闭口槽，同时卡扣连接的方式使得电机可以先下线再封闭齿顶，解决了闭口槽下线困难的问题。合并处理的定子具有闭口槽，结合分半处理降低了定子齿顶部的饱和程度磁阻，使得定子和转子之间的气隙处磁阻变化平滑，从而优化气隙磁密波形，明显降低转矩脉动，如图13所示。
优选地，定子齿1的第一齿顶单元4与相邻定子齿1的第二齿顶单元5之间一体成型。
优选地，第一齿顶单元4和第二齿顶单元5与齿根部2之间卡接固定，可以简化第一齿顶单元4和第二齿顶单元5与齿根部2之间的配合难度，降低加工成本。
在本实施例中，齿根部2上设置有沿电机定子的轴向方向延伸的第一卡槽7，第一齿顶单元4卡接在第一卡槽7内；和/或，齿根部2上设置有沿电机定子的轴向延伸的第二卡槽8，第二齿顶单元5卡接在第二卡槽8内。第一卡槽7和第二卡槽8的结构可以相同，提高第一齿顶单元4和第二齿顶单元5之间的结构对称性。
在本实施例中，第一齿顶单元4和第二齿顶单元5在齿根部2上关于齿根部2的轴向方向的平面对称设置，第一卡槽7和第二卡槽8也关于该平面对称，从而能够降低第一齿顶单元4和第二齿顶单元5的加工难度与加工成本，减少开模数量，降低开模成本。
优选地，第一卡槽7和/或第二卡槽8的截面形状为梯形、土字型或优弧形。第一卡槽7和/或第二卡槽8的截面形状也可以为其它形状，例如燕尾形或者是扇形等。
在垂直于电机定子的中心轴线的截面上，齿顶气隙6的宽度为W1，其中，
0.15*WT≤W1≤0.3*WT；
式中，DS为定子外径，NS为定子槽数。
在垂直于电机定子的中心轴线的截面上，齿顶气隙6的长度为L1，其中，
0.2*LT≤L1≤0.4*LT；
式中，DS为定子外径，DY为定子槽底部位置直径。
当W1及L1至少其中一个满足上述条件时，均能够有效改善电机转矩的各项性能。
齿顶部3采用有取向硅钢片制成。
利用有取向硅钢片的两个优点，1、只有一个方向可以导磁，通过将主磁路方向与有取向硅钢片导磁方向相同，而漏磁场方向与有取向硅钢片导磁方向正交，如图2所示，结合分半处理的定子齿部，削弱漏磁效果更加明显；2、有取向硅钢片其导磁方向的导磁能力要优于常规的无取向硅钢片，该特性可以大大减少定子齿1的齿顶部3的饱和程度，使定子与转子之间的气隙处磁阻更平滑，转矩脉动进一步降低。
根据本发明的实施例，电机包括电机定子，该电机定子为上述的电机定子。该电机优选地为近极槽永磁同步电机。
根据本发明的实施例，大巴包括上述的电机定子。
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。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种电机定子，其特征在于，包括定子齿(1)，所述定子齿(1)包括齿根部(2)和齿顶部(3)，所述齿顶部(3)设置在所述齿根部(2)上，所述齿顶部(3)包括第一齿顶单元(4)和第二齿顶单元(5)，所述第一齿顶单元(4)和所述第二齿顶单元(5)沿电机定子的周向设置在所述齿根部(2)的两侧，且所述第一齿顶单元(4)和所述第二齿顶单元(5)之间形成齿顶气隙(6)。
2.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，所述齿顶气隙(6)沿径向方向贯穿所述第一齿顶单元(4)和第二齿顶单元(5)，并将所述第一齿顶单元(4)和第二齿顶单元(5)间隔开。
3.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，所述齿顶气隙(6)从所述第一齿顶单元(4)和第二齿顶单元(5)靠近所述齿根部(2)的一端沿径向方向延伸，所述第一齿顶单元(4)和所述第二齿顶单元(5)在远离所述齿根部(2)的一端对接在一起，并封闭所述齿顶气隙(6)。
4.根据权利要求3所述的电机定子，其特征在于，所述第一齿顶单元(4)和所述第二齿顶单元(5)一体成型。
5.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，所述定子齿(1)的第一齿顶单元(4)与相邻定子齿(1)的第二齿顶单元(5)之间对接形成闭口槽。
6.根据权利要求5所述的电机定子，其特征在于，所述定子齿(1)的第一齿顶单元(4)与相邻定子齿(1)的第二齿顶单元(5)之间一体成型。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电机定子，其特征在于，所述第一齿顶单元(4)和所述第二齿顶单元(5)与所述齿根部(2)之间卡接固定。
8.根据权利要求7所述的电机定子，其特征在于，所述齿根部(2)上设置有沿所述电机定子的轴向方向延伸的第一卡槽(7)，所述第一齿顶单元(4)卡接在所述第一卡槽(7)内；和/或，所述齿根部(2)上设置有沿所述电机定子的轴向延伸的第二卡槽(8)，所述第二齿顶单元(5)卡接在所述第二卡槽(8)内。
9.根据权利要求8所述的电机定子，其特征在于，所述第一卡槽(7)和/或所述第二卡槽(8)的截面形状为梯形、土字型或优弧形。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的电机定子，其特征在于，在垂直于电机定子的中心轴线的截面上，所述齿顶气隙(6)的宽度为W1，其中，
0.15*WT≤W1≤0.3*WT；
式中，DS为定子外径，NS为定子槽数。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的电机定子，其特征在于，在垂直于电机定子的中心轴线的截面上，所述齿顶气隙(6)的长度为L1，其中，
0.2*LT≤L1≤0.4*LT；
式中，DS为定子外径，DY为定子槽底部位置直径。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的电机定子，其特征在于，所述齿顶部(3)采用有取向硅钢片制成。
13.一种电机，包括电机定子，其特征在于，所述电机定子为权利要求1至12中任一项所述的电机定子。
14.一种大巴，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的电机定子。
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