CN109861411A - 一种电机定子铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机定子铁芯，定子铁芯由环形取向硅钢铁芯和设在环形取向硅钢铁芯外部的环形无取向硅钢铁芯嵌套而成，环形取向硅钢铁芯由两种取向硅钢片叠加而成，环形取向硅钢铁芯上设有取向槽，取向槽与环形无取向硅钢铁芯相贴合形成封闭槽，取向槽与环形取向硅钢铁芯的内侧壁之间设有槽口磁桥，槽口磁桥处设有磁桥通孔，使得槽口磁桥的磁路饱和。使用时，本发明的磁桥通孔使得槽口磁桥的磁路饱和，从而提高气隙磁密，减小漏磁系数，提高电机功率密度，燕尾槽可以有效地减小槽口漏磁和气隙磁通脉动，进而提高电机输出扭矩。

Description

一种电机定子铁芯

技术领域

本发明涉及电机的技术领域，具体地说是一种电机定子铁芯,尤其涉及一种取向与无取向混合的定子铁芯。

背景技术

目前电动汽车电机定子采用无取向硅钢片，电机平均效率范围为50-80%。尤其对于高速电机，随着工作频率上升，铁芯中的铁芯损耗大幅度增加，不仅导致电机效率降低，也影响电机长时间稳定运行。

随着对整车续航里程不断提高，新能源汽车驱动电机需要高功率密度，高扭矩、高效率、宽高效区、低损耗。无取向硅钢片作电机铁芯材料，无法满足这些需求；取向硅钢片其各向异性的特点，使其成为可能，但目前取向技术主要应用于大型水轮发电机和变压器中，应用于新能源汽车取得电机领域目前还没有。

因此，市场上急需要一种取向与无取向硅钢进行混合的定子铁芯，以便能达到新能源汽车所需要的高功率密度、低损耗等特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的电机定子铁芯，它可克服现有技术中的功率损耗大、磁导率不高的不足。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电机定子铁芯，其特征在于：定子铁芯由环形取向硅钢铁芯和设在环形取向硅钢铁芯外部的环形无取向硅钢铁芯嵌套而成，环形取向硅钢铁芯作为定子齿部，环形无取向硅钢铁芯作为定子轭部，环形取向硅钢铁芯由两种取向硅钢片叠加而成，环形取向硅钢铁芯上设有取向槽，取向槽与环形无取向硅钢铁芯相贴合形成封闭槽，取向槽与环形取向硅钢铁芯的内侧壁之间设有槽口磁桥，槽口磁桥处设有磁桥通孔，使得槽口磁桥的磁路饱和。

优选的，环形取向硅钢铁芯由正向取向硅钢片和反向取向硅钢片交错叠加而成，环形取向硅钢铁芯的取向槽底部为取向槽底轭部，取向槽底轭部设有若干个燕尾槽，每一个燕尾槽均与一取向槽相连通，燕尾槽在取向槽的槽口处形成磁性槽锲，环形取向硅钢铁芯的取向槽底轭部与环形无取向硅钢铁芯的内壁之间形成间隙配合。

进一步，取向槽的两端分别为大端口和小端口，小端口与槽口磁桥相连，小端口为圆弧状或者由多条折边连贯而成，小端口的形状与磁桥通孔的侧边形状相对应。

更进一步，磁桥通孔共有三个，中间为长方形通孔，两侧边为四边形通孔，每一条折边的角度与磁桥通孔的外形相配合。

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，定子铁芯由环形取向硅钢铁芯和设在环形取向硅钢铁芯外部的环形无取向硅钢铁芯嵌套而成，通过在环形取向硅钢铁芯上设有取向槽，并设置磁桥通孔，使得槽口磁桥的磁路饱和，从而提高气隙磁密，减小漏磁系数，提高电机功率密度；

2、本发明的技术方案的中，环形取向硅钢铁芯由正向取向硅钢片和反向取向硅钢片交错叠加而成，提升了环形取向硅钢铁芯的轴向平面度，增加取向铁芯均一性、整体性和牢固性；

3、本发明取向槽底轭部设有若干个燕尾槽，燕尾槽在取向槽的槽口处形成磁性槽锲，环形取向硅钢铁芯的取向槽底轭部与环形无取向硅钢铁芯的内壁之间形成间隙配合，可以有效地减小槽口漏磁和气隙磁通脉动，进而提高电机输出扭矩、效率，降低损耗；

4、本发明结构简单、易于加工，成本较低，利于推广和应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的一实施例的横截面的结构示意图。

图3为本发明的环形取向硅钢铁芯结构示意图。

图4为本发明的环形无取向硅钢铁芯结构示意图。

图5为本发明的局部放大示意图。

图6为图5的局部放大示意图。

图7为本发明的正向取向硅钢单片与反向取向硅钢单片的叠加结构示意图。

图8为本发明实施例中两种定子铁芯的单极气隙磁密曲线对比图。

图9为本发明的环形工装结构示意图。

附图标记：

1环形无取向硅钢铁芯、2环形取向硅钢铁芯、3磁桥通孔、4取向槽、5环形工装；

11燕尾槽；

21正向取向硅钢单片、22反向取向硅钢单片；

211定子齿部、212取向槽底轭部、213槽口磁桥；

51基座、52定位销。

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。

本发明提供了一种电机定子铁芯，具体参见图1，其与现有技术的区别在于：定子铁芯由环形取向硅钢铁芯2和设在环形取向硅钢铁芯外部的环形无取向硅钢铁芯1嵌套而成，环形取向硅钢铁芯作为定子齿部，环形无取向硅钢铁芯作为定子轭部，环形取向硅钢铁芯由两种取向硅钢片叠加而成，环形取向硅钢铁芯上设有取向槽4，取向槽与环形无取向硅钢铁芯相贴合形成封闭槽，取向槽与环形取向硅钢铁芯的内侧壁之间设有槽口磁桥213，槽口磁桥处设有磁桥通孔3，使得槽口磁桥的磁路饱和，阻碍齿部磁力线进入槽口取向钢带，槽口部轭部钢带宽度，在去除通孔后具有足够的强度保证；此外由于取向硅钢切向方向磁导率较低，进一步导致通孔处局部饱和，达到减小漏磁，提高主磁路中磁能积。

具体来说，取向硅钢的特点是，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。因此，将取向钢作电机铁芯，可以一定程度上提高电机输出扭矩和效率，但取向硅钢存在的问题是切向方向磁导率比传统无取向低，铁损较大，铁耗较高，因此本发明才考虑将两种不同的硅钢材料进行组合，制成特定的电机定子铁芯，这种组合不仅要考虑工艺，结构上做到提高磁导率，降低磁漏和磁损。

在一个实施例中，环形取向硅钢铁芯由正向取向硅钢片21和反向取向硅钢片22交错叠加粘结而成，形成环状结构，也可以取两片正向取向硅钢片、一片反向取向硅钢片的方式进行叠加，使得正向取向硅钢片的数量是反向取向硅钢片数量的2倍。取向硅钢沿轧制方向磁导率最高，在轧制方向±20°范围内，性能远优于无取向硅钢的磁特性，基于这一特效取向硅钢单齿构成一个单元，提高取向硅钢片的材料利用率，进而发挥取向硅钢的最优特性。

环形取向硅钢铁芯的取向槽底部为取向槽底轭部，取向槽底轭部设有若干个燕尾槽11，每一个燕尾槽均与一取向槽相连通，燕尾槽在取向槽4的槽口处形成磁性槽锲，环形取向硅钢铁芯的取向槽底轭部与环形无取向硅钢铁芯的内壁之间形成间隙配合。具体来说，燕尾槽设置在取向槽的中轴线位置，由于燕尾槽等于在取向槽的槽口处放置了磁性槽锲，可以有效地减小槽口漏磁和气隙磁通脉动，进而提高电机输出扭矩、效率，降低损耗。具体来说，取向槽的两端分别为大端口和小端口，小端口与槽口磁桥相连，小端口为圆弧状，与磁桥通孔的侧边形状相对应,用以增大槽口磁桥磁阻。这里的磁桥通孔采用方形孔、圆形孔或者四边形孔。

这里的燕尾槽是连接环形无取向硅钢铁芯1和环形取向硅钢铁芯2的，方便定子下线，燕尾槽结构为梯形，便于在下线过程中需要放置梯形槽锲固定，防止绕制松动。

在另一个实施例中，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。

电机定子齿部由取向硅钢片环形叠压而成，层与层之间用环氧胶水粘结，保证环形铁芯牢固；电机定子轭部由无取向硅钢片叠压而成，环形钢带内侧留有燕尾槽，燕尾槽与取向环形铁芯进行小间隙配合；定子磁回路为环形选择运动状态，在定子轭部成无向性，采用无取向硅钢有利于发挥无取向电工钢各向同性的特点。

取向槽的两端分别为大端口和小端口，小端口与槽口磁桥相连，小端口由多条折边连贯而成，小端口的形状与磁桥通孔的侧边形状相对应。磁桥通孔共有三个，中间为长方形通孔，两侧边为四边形通孔，每一条折边的角度与磁桥通孔的外形相配合。三个通孔沿槽口磁桥均匀布置，有利于磁桥饱和，使通孔周围磁场饱和，阻碍齿部磁力线进入槽口取向钢带，槽口部轭部钢带宽度，在去除通孔后具有足够的强度保证；此外由于取向硅钢切向方向磁导率较低，进一步导致通孔处局部饱和，达到减小漏磁，提高主磁路中磁能积。

同时，取向槽底轭部设有内凹的圆弧面，取向槽底轭部与燕尾槽的连接处设有圆弧形倒角，取向槽的大端口与燕尾槽相连通，燕尾槽的宽度是取向槽大端口宽度的0.2-0.4倍。

在另一个具体实施例中，环形取向硅钢铁芯，由单片取向硅钢片正反向交叉相叠而成，提高材料利用率，充分发挥轧制方向磁导率较高的优点，同时有利于保证轴向平面度，以及增加取向铁芯均一性、整体性和牢固性；此外片与片之间采用环氧胶水粘结而成，增加铁芯牢固性。

具体来说，取向硅钢单片设计，取向槽底轭部宽度需满足足够的机械强度，与无取向硅钢铁芯进行小间隙配合，减小两种冲片配合之间产生较大应力导致硅钢片性能下降；槽口处磁桥设计需保证机械强度，将磁性槽锲和取向硅钢一体化设计，减小齿部漏磁、减小气隙中磁通脉动，提高电机性能。

取向硅钢单片按一定规律环形堆叠，槽口磁桥通孔形状规则，通孔处设计成环形工装（参见图9）环形工装由基座和定位销，定位销形状与取向槽一致，保证电工钢装配过程中无尺寸偏差，单片堆叠即能保证整个环形铁芯的同心度，也能提高整个铁芯轴向和径向的平面度和粗糙度。

具体来说，环形取向硅钢铁芯由正向取向硅钢片和反向取向硅钢片在环形工装上进行交错叠加而成,环形工装包括基座和设在基座上的定位销,基座呈圆环状，定位销两两为一组绕着圆环状的基座设置，相邻两组定位销之间的间距与取向槽的尺寸相配合。进一步，这里的定位销两两一组设置时，每一组中的定位销可以保持平行设置，也可以两个定位销之间保持一个夹角，这样有利于环形取向硅钢铁芯设置的更为稳固，保持牢固度和稳定性。

当传统的无取向定子铁芯与本发明的定子铁芯空载运行时，本发明的定子铁芯制成的整机气隙正弦度明显优于传统开口槽无取向定子铁芯制成的电机，图9结果表面，新型电机气隙磁密平均值0.6713T,高于传统电机气隙平均磁密；气隙中各次谐波含量明显下降，基波幅值明显提高，有利于提高电机出力和效率，降低电机损耗，电机各向性能明显提高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电机定子铁芯，其特征在于：定子铁芯由环形取向硅钢铁芯和设在环形取向硅钢铁芯外部的环形无取向硅钢铁芯嵌套而成，环形取向硅钢铁芯作为定子齿部，环形无取向硅钢铁芯作为定子轭部，环形取向硅钢铁芯由两种取向硅钢片叠加而成，环形取向硅钢铁芯上设有取向槽，取向槽与环形无取向硅钢铁芯相贴合形成封闭槽，取向槽与环形取向硅钢铁芯的内侧壁之间设有槽口磁桥，槽口磁桥处设有磁桥通孔，使得槽口磁桥的磁路饱和。

2.根据权利要求1所述的一种电机定子铁芯，其特征在于：环形取向硅钢铁芯由正向取向硅钢片和反向取向硅钢片交错叠加而成，取向硅钢铁芯的取向槽底部为取向槽底轭部，取向槽底轭部设有若干个燕尾槽，每一个燕尾槽均与一取向槽相连通，燕尾槽在取向槽的槽口处形成磁性槽锲，环形取向硅钢铁芯的取向槽底轭部与环形无取向硅钢铁芯的内壁之间形成间隙配合。

3.根据权利要求1所述的一种电机定子铁芯，其特征在于：取向槽的两端分别为大端口和小端口，小端口与槽口磁桥相连，小端口为圆弧状或者由多条折边连贯而成，小端口的形状与磁桥通孔的侧边形状相对应,用以增大槽口磁桥磁阻。

4.根据权利要求3所述的一种电机定子铁芯，其特征在于：磁桥通孔共有三个，中间为长方形通孔，两侧边为四边形通孔，每一条折边的角度与磁桥通孔的外形相配合。

5.根据权利要求3所述的一种电机定子铁芯，其特征在于：磁桥通孔为方形孔、圆形孔或者四边形孔。

6.根据权利要求2所述的一种电机定子铁芯，其特征在于：取向槽底轭部设有内凹的圆弧面，取向槽底轭部与燕尾槽的连接处设有圆弧形倒角。

7.根据权利要求2所述的一种电机定子铁芯，其特征在于：环形取向硅钢铁芯由正向取向硅钢片和反向取向硅钢片在环形工装上进行交错叠加而成,环形工装包括基座和设在基座上的定位销,基座呈圆环状，定位销两两为一组绕着圆环状的基座设置，相邻两组定位销之间的间距与取向槽的尺寸相配合。