[发明专利]一种高功率密度的电机定子铁芯结构及应用其的电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机定子技术领域，具体地讲，是一种高功率密度的电机定子铁芯结构及应用其的电机。

背景技术

电机是指依据电磁定律实现电能转换的一种电磁装置。永磁同步电机(PMSM)，因为其功率密度和电机效率较高，因而在现代工业和家用产品中发挥越来越重要的作用。为了提高电机的功率密度，转子的磁钢需要采用像钕铁硼这样的高磁能量永磁材料做成。电机定子铁芯的磁饱和现象也就比较明显。

在图1、2显示了一个具有外转子的永磁同步电机（PMSM）的基本结构，其包括定子铁芯1＇、缠绕在定子铁芯1＇上的电枢绕组2＇、转子3＇及转子磁钢4＇，由于转子磁钢4＇和定子铁芯1＇之间的作用面的大小与电机实现机电能量转换的能力大小密切相关。为了充分利用磁钢所产生的磁场，电机定子铁芯1＇的长度和转子磁钢4＇的长度被设计得基本一致。绕组的上端部61＇与转子的端盖部分接近，而下端部62＇与定子的固定器件接近。

电机定子的电磁部分由电机定子铁芯1＇和电枢绕组2＇构成。为了够充分利用空间，定子上的电枢绕组2＇采用集中绕组的形式，以减少端部绕组的空间。

如图3、4、5所示，一个集中绕组的线圈，一周的长度由两个Lc和两个Le所组成。Lc部分位于铁芯内部，而Le部分位于铁芯外部的端部，从图6可以看出，通常，定子铁芯1＇的长度基本和转子磁钢4＇的长度一致，也就是说，绕组的Lc基本和转子磁钢4＇的长度一致；

即使采用集中绕组，端部绕组所占的空间对高功率密度的电机还是不容忽视的。这是因为，当使用绕线机把绕组绕进定子铁芯1＇的槽内，端部绕组的尺寸难以控制得很准确，因此电机定子的电磁部分的尺寸难于控制得很准。即当定子的槽满率较高的时候，绕组的端部很容易松散，甚至造成绕组的脱落。从图2可以看出，如果线圈的端部的61＇松脱，而其面对高速旋转的转子，电机会被严重损坏。所以，在电机的设计中，电机必须为绕组的端部留有足够的空间, 以便于安装绕组，并且在电机运行的时候保护绕组。而这样处理的结果，造成电机结构不够紧凑；这些，使得电机的功率密度受到很大限制，而且很难保证对电机产品的生产良率及电机的可靠性。

当使用软磁复合材料(soft magnetic composite material，SMC), 因为其电阻率较高，可以采用如图6所示的三维定子铁芯结构。但SMC的磁饱和点较低。如果直接使用软磁复合材料来做定子铁芯，电机的高能量磁钢不能够充分发挥作用，会导致电机的功率密度下降。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高功率密度的电机定子铁芯结构及应用其的电机，其可克服上述缺陷，能解决由于绕组端部对电机体积的影响以及SMC应用在电机铁芯上的局限。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高功率密度的电机定子铁芯结构，其包括定子铁芯本体及定子铁芯端部，所述的定子铁芯本体为2D结构，由所述的软磁材料构成；所述的定子铁芯端部，其设在所述的定子铁芯本体的端部，且与所述的定子铁芯本体相配合的一侧，为平面结构，所述的定子铁芯端部的另一侧，圆周上设有凸出平面的挡垣。

上述的定子铁芯端部的另一侧，中心设有凸出平面的挡垣，与其圆周上的挡垣配合形成凹陷。

上述的定子铁芯端部由软磁复合材料制作而成。

上述的定子铁芯端部上，缠绕电枢绕组的位置，设有倒角。

上述的倒角为圆弧形倒角。

上述的定子铁芯端部设有两个，分别设于所述的定子铁芯本体的两端。

一种电机，其包括有上述的高功率密度的电机定子铁芯结构、电枢绕组、转子及转子磁钢，所述的电枢绕组缠绕在所述的定子铁芯结构上，所述的转子磁钢设于所述的转子内壁上，所述的转子磁钢套设在所述的定子铁芯结构外。

上述的电枢绕组的线圈端部位于所述的完全安装在所述的定子铁芯端部的凹陷中。

上述的电枢绕组的部分线圈端部位于所述的定子铁芯端部的外部。

采用上述技术方案后，本发明具有以下效果：

1）可以充分利用软磁复合材料（SMC）材料的功能，实现3D的铁芯；

2）可以避免软磁复合材料（SMC）的磁饱和点较低的弱点，将SMC用于高功率密度电机；

3）利用软磁复合材料（SMC）所构成的端部铁芯，对与电枢绕组端部以较大的圆角实现接触。这简化了铁芯绝缘层的处理，提高了电枢绕组的可靠性；