电机定子冲片及电机

摘要

本申请提供了一种电机定子冲片，包括相互连接且结构相同的若干冲片单元，若干所述冲片单元能够围合成所述电机定子冲片，每个所述冲片单元均具有空槽，所述空槽包括设置在所述冲片单元的定子齿的槽口和设置在所述冲片单元的肩部的槽肩，所述槽口与所述槽肩相连通。本申请的电机定子冲片采用在定子齿远离冲片单元的轭部开设槽口和在定子齿开设沿冲片单元的径向延伸的槽肩的方式，将槽口与槽肩相结合，不但解决了现有技术中仅采用在定子齿开槽口所存在的通用性差、尺寸难把控的问题，有效抑制了电机的齿槽转矩。

权利要求

1.一种电机定子冲片，其特征在于，包括相互连接且结构相同的若干冲片单元，若干所述冲片单元能够围合成所述电机定子冲片，每个冲片单元均具有定子齿和轭部，定子齿远离所述轭部的一端为定子齿的翼部，定子齿位于所述轭部与所述定子齿的翼部之间的部分为定子齿的肩部，每个所述冲片单元的定子齿均开设有空槽，所述空槽将所述定子齿沿周向分隔成两部分，所述空槽包括相互连通的槽口和槽肩，所述槽口设置在所述定子齿的翼部侧，所述槽肩设置在所述定子齿的肩部并沿所述冲片单元的径向延伸；所述槽口构造为半圆形，两个翼部均有部分轮廓线位于半圆形槽口上，所述槽肩的侧壁构造为外凸的弧形。

2.根据权利要求1所述的电机定子冲片，其特征在于，所述槽口沿其中心轴线对称。

3.根据权利要求1所述的电机定子冲片，其特征在于，所述半圆形槽口与所述翼部的接合处采用圆角过渡，所述半圆形槽口和所述圆角组成空槽槽口，所述半圆形槽口的直径为所述空槽槽口的宽度的2/3。

4.根据权利要求1‑3任一项所述的电机定子冲片，其特征在于，所述槽肩包括槽身和槽底，所述槽身位于所述槽口和所述槽底之间，所述槽底设置在所述肩部远离所述翼部的一端。

5.根据权利要求4所述的电机定子冲片，其特征在于，所述槽身的侧壁构造为外凸的弧形。

6.根据权利要求4所述的电机定子冲片，其特征在于，所述槽底构造为半圆形结构。

7.根据权利要求5所述的电机定子冲片，其特征在于，所述空槽构造为斜槽，所述槽身左侧的定子齿的肩部的最大宽度大于所述槽身右侧的定子齿的肩部的最大宽度。

8.一种电机定子，其特征在于，包括根据权利要求1‑7任一项所述的电机定子冲片。

9.一种电机，其特征在于，其包括根据权利要求8所述的电机定子冲片。

说明书

电机定子冲片及电机

技术领域

[0001] 本发明涉及驱动装置技术领域，更具体地，涉及一种电机定子冲片及电机。

背景技术

[0002] 电机的启动特性主要包括启动电流和启动转矩两个性能参数指标，而这两者受制于齿槽转矩的限制。

[0003] 目前的电机定子冲片结构多为圆底或平底的梨形槽，在电机中，尤其是低转矩高转速的表面式转子直流无刷电机中，这种定子冲片对于齿槽转矩的抗干扰性较差，在电机
启动的过程中，受制于齿槽转矩的影响，从而必须要增大励磁磁场来获得更大的启动转矩，
从而造成启动电流增大和磁路易饱和，使电机功耗增加。并且，如果启动电流过大，还容易
对电机的控制板芯片造成电流冲击。同步在电机变速驱动过程中，当转矩脉动频率与电机
机械共振频率一致时，会增大电极齿槽转矩的谐波含量，难以使电极获得良好的启动特性
和稳定运行。

[0004] 因此，如何抑制电机定子的齿槽转矩成为亟待解决的技术问题。

发明内容

[0005] 针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种电机定子冲片及电机，用于解决上述技术问题。

[0006] 第一方面，本申请提供一种电机定子冲片，包括相互连接且结构相同的若干冲片单元，若干所述冲片单元能够围合成所述电机定子冲片，每个所述冲片单元的定子齿均开
设有空槽，所述空槽包括相互连通的槽口和槽肩，所述槽口设置在所述定子齿的翼部，所述
槽肩设置在所述定子齿的肩部并沿所述冲片单元的径向延伸。

[0007] 本申请的电机定子冲片采用在定子齿的翼部开设槽口和在定子齿的肩部开设沿冲片单元的径向延伸的槽肩的方式，将槽口与槽肩相结合，不但解决了现有技术中仅采用
在定子齿的端部开槽口所存在的通用性差、尺寸难把控的问题，而且有效抑制了电机的齿
槽转矩。

[0008] 在根据第一方面的一个实施例中，所述槽口沿其自身中心轴线对称，从而避免引进新的齿槽转矩谐波。

[0009] 在根据第一方面的一个实施例中，所述槽口构造为半圆形，半圆形的槽口可有效优化气隙耦合强度。

[0010] 在根据第一方面的一个实施例中，所述槽口的直径为所述槽口的宽度的2/3，所述槽口与所述翼部的接合处采用圆角过渡，可以最大程度抑制齿槽转矩的有效值，保证齿槽
转矩傅里叶谐波分量分布在合理范围。

[0011] 在根据第一方面的一个实施例中，所述槽肩包括槽身和槽底，所述槽身位于所述槽口和所述槽底之间，所述槽底设置在所述肩部远离所述翼部的一端。

[0012] 在根据第一方面的一个实施例中，所述槽身的侧壁构造为外凸的弧形。

[0013] 在根据第一方面的一个实施例中，所述槽底构造为半圆形结构。

[0014] 在根据第一方面的一个实施例中，所述空槽构造为斜槽，所述槽身左侧的肩部的最大宽度大于槽身右侧的肩部的最大宽度，从而抑制齿槽转矩傅里叶高阶次谐波，增大气
隙的耦合强度，优化冲片磁路集肤效应。

[0015] 第二方面，本申请提供一种电机定子，其包括根据第一方面所述的电机定子冲片。

[0016] 第三方面，本申请提供一种电机，其包括根据第一方面所述的电机定子冲片。

[0017] 与现有技术相比，本申请具有以下优点：

[0018] 1)本申请的电机定子冲片采用在定子齿的翼部开设槽口和在定子齿的肩部开设沿冲片单元的径向延伸的槽肩的方式，将槽口与槽肩相结合，不但解决了现有技术中仅采
用在定子齿开槽口所存在的通用性差、尺寸难把控的问题，有效抑制了电机的齿槽转矩。

[0019] 2)将槽口设计为沿其自身中心轴线对称，从而避免引进新的齿槽转矩谐波。

[0020] 3)将槽口构造为半圆形，半圆形的槽口可有效优化气隙耦合强度。

[0021] 4)将槽口的直径设计为槽口宽度的2/3，可以最大程度抑制齿槽转矩的有效值，保证齿槽转矩傅里叶谐波分量分布在合理范围。

[0022] 5)将空槽构造为斜槽，槽身的侧壁构造为外凸的弧形，槽身左侧的肩部的最大宽度设计为大于槽身右侧的肩部的最大宽度，优化了气隙中激励的周期性磁通密度波形的顶
值，从而抑制齿槽转矩傅里叶高阶次谐波，并且增大气隙的耦合强度，优化冲片磁路集肤效
应。

[0023] 上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

[0024] 在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

[0025] 图1显示了根据本申请的一种未组装前的链式冲片结构示意图。

[0026] 图2显示了将图1所示的链式冲片围合后的电机定子冲片的结构示意图。

[0027] 图3显示了图2中的空槽的放大结构示意图一。

[0028] 图4显示了图2中的空槽的放大结构示意图二。

[0029] 图5显示了根据图2的电机定子冲片仿真装配上转子的结构示意图。

[0030] 图6显示了现有的电机定子冲片的齿槽转矩的分布图。

[0031] 图7显示了采用根据本申请的电机定子冲片的齿槽转矩的分布图。

[0032] 图8显示了现有的电机定子冲片的齿槽转矩谐波分量图。

[0033] 图9显示了采用根据本申请的电机定子冲片的齿槽转矩谐波分量图。

[0034] 图10显示了现有的电机定子冲片的气隙磁场的波形图。

[0035] 图11显示了采用根据本申请的电机定子冲片的气隙磁场的波形图。

[0036] 图12显示了现有的电机定子冲片的磁链波形图。

[0037] 图13显示了采用根据本申请的电机定子冲片的磁链波形图。

[0038] 在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

[0039] 下面将结合附图对本发明作进一步说明。

[0040] 图1显示了根据本申请的一种未组装前的链式冲片结构示意图，将图1所示的链式冲片围合后形成如图2所示的电机定子冲片10。链式冲片包括相互连接且结构相同的若干
冲片单元1，若干冲片单元1能够围合成电机定子冲片10(参见图2)，每个冲片单元1均具有
定子齿100和轭部13，每个定子齿100均具有空槽2，空槽2包括槽口21(参见图4)和槽肩22，
槽口21设置在定子齿100的翼部11(即远离轭部13的一端，参见图2)，槽肩22设置在定子齿
100的肩部12，槽肩22沿冲片单元1的径向延伸，槽口21与槽肩22相连通。

[0041] 在图1所示的实施例中，冲片单元的数量为12个，相邻冲片单元1之间的夹角构造为30°，每个冲片单元1的角度构造为30°。可以理解的，冲片单元1的数量可以改变，相应的
调整相邻冲片单元1之间的夹角以及各个冲片单元1的角度，使其满足能够围合成定子冲片
即可。

[0042] 基于以下原理：在定子齿100的翼部开设槽口21可以增加齿槽转矩基波的周期数，辅助新的齿槽转矩以对原有的齿槽转矩进行补偿，从而使得齿槽总转矩幅值降低。现有技
术中的一些抑制齿槽转矩的方法大多采用在定子齿开设槽口的方式，但该方式很大程度上
受制于槽宽和槽型的结构，若是槽宽尺寸选择不当，则无法抑制齿槽转矩，局限性大，效果
不显著。而本申请采用在定子齿100的翼部11开设槽口21以及在定子齿100的肩部12开设槽
肩22的方式，将槽口21与槽肩22相结合，有效抑制了电机的齿槽转矩。

[0043] 其中，空槽2的结构如图4所示。优选地，槽口21沿其自身中心轴线对称，从而避免引进新的齿槽转矩谐波。

[0044] 在图4所示的实施例中，优选地，将槽口21构造为半圆形，半圆形的槽口21可有效优化气隙耦合强度。需要说明的是，在空槽2设置完成后，槽口21与槽身22之间并无明显的
界限，槽口21与槽身22形成一体的空槽2，如图3所示。

[0045] 更加优选地，槽口21的直径设计为槽口1宽度的2/3，将槽口21与翼部11的接合处采用圆角过渡，如图3所示，槽口21的宽度用L1表示，则槽口21的直径为2/3L1，槽口21与端
部11的接合处的圆角采用R2表示。该种设计可以最大程度抑制齿槽转矩的有效值，保证齿
槽转矩傅里叶谐波分量分布在合理范围。

[0046] 如图3和图4所示，槽肩22包括槽身221和槽底222，槽身221设置在槽口21与槽底222之间，槽底222设置在肩部12靠近轭部13的一端。更加优选地，将槽底222构造为半圆形
结构。其中，从简化工艺角度出发，将槽底222的宽度L3设计为小于槽口L1的宽度，槽底222
的底壁不超过绕线槽200(参见图2)的底壁，槽底222与肩部12相接触的位置采用圆角过渡，
圆角半径为R1。

[0047] 考虑到在开空槽2的过程中，槽数会增加为原来的两倍，其齿槽转矩的次数也会同步增加两倍，为了降低齿槽转矩次数带来的谐波，优选地，将空槽2构造为斜槽，优选地，如
图3和图4所示，槽身221的侧壁构造为外凸的弧形。槽身221(槽身宽度为L5，长度为L2)左侧
的肩部12(冲片单元1的肩部)的最大宽度大于槽身221右侧的肩部12(冲片单元1的肩部)的
最大宽度，也即图3和图4中所标注的L6和L4的宽度，其中，L6大于L4，从而使空槽2形成槽底
222向右侧偏置的斜槽，优化了气隙汇总激励的周期性磁通密度波形的顶值，抑制齿槽转矩
傅里叶高阶次谐波，并且增大气隙的耦合强度，优化冲片磁路集肤效应。

[0048] 需要说明的是，斜槽2沿其自身中心轴线对称。

[0049] 根据本申请的电机定子冲片可以应用在电机定子中，从而具有电机定子冲片的上述全部优点。

[0050] 具体地，根据本申请的链式冲片进行围合加工以形成定子冲片，然后将若干定子冲片叠层设置以形成定子铁芯，之后对定子铁芯进行包塑处理，形成包塑定子。然后将空槽
2中全部灌注塑料，增强拉力阈值余量，规避绕线过程中定子齿发生畸变的隐患。将上述定
子铁芯包塑绕线后，进行整圆工艺处理，装配上转子优选减震转子后进行试验，以验证电机
的启动特性。

[0051] 如图5，示出了一种根据本申请的电机定子与转子仿真装配后的示意图，该仿真结构中，气隙采用0.5mm，定子绕组采用集中式分数槽布线的方式，转子20采用8极铁氧体表贴
的对称分布形式。然后设置仿真的边界条件、运行步长和附加材料，这些参数均为有限元仿
真之前的模型前处理。其中，边界条件：规定无穷远处为磁场矢量零点，运行步长：为有限元
仿真模型运行时间步长，附加材料：铁芯材料赋为硅钢材料，磁瓦赋为铁氧体，绕组赋为铜。

[0052] 设置好上述参数后，对磁链、气隙磁场、齿槽转矩、谐波分量等进行仿真结果分析，分析结果具体如图6‑图13所示，分别示出了采用现有的电机(仅在定子齿开设槽口)和采用
本申请的电机进行试验得到的齿槽转矩分布图、齿槽转矩谐波分量图、气隙磁场波形图、磁
链波形图，从这些附图中，可以知道，采用本申请的定子冲片的电机对齿槽转矩的抑制水平
和齿槽转矩谐波含量的削弱能力得到显著提升，同步优化电机的气隙磁场和磁链波形具有
显著的效果。

[0053] 综上所述，本申请具有以下优点：1)本申请的电机定子冲片采用在定子齿的端部开设槽口和在定子齿的肩部开设槽肩的方式，将槽口与槽肩相结合，不但解决了现有技术
中仅采用在定子齿开槽口所存在的通用性差、尺寸难把控的问题，有效抑制了电机的齿槽
转矩。2)将槽口设计为沿其自身中心轴线对称，从而避免引进新的齿槽转矩谐波。3)将槽口
构造为半圆形，半圆形的槽口可有效优化气隙耦合强度。4)将槽口的直径设计为槽口宽度
的2/3，可以最大程度抑制齿槽转矩的有效值，保证齿槽转矩傅里叶谐波分量分布在合理范
围。5)将空槽构造为斜槽，槽身的侧壁构造为外凸的弧形，槽身左侧的肩部的最大宽度设计
为大于槽身右侧的肩部的最大宽度，优化了气隙中激励的周期性磁通密度波形的顶值，从
而抑制齿槽转矩傅里叶高阶次谐波，并且增大气隙的耦合强度，优化冲片磁路集肤效应。

[0054] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便
于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以
特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0055] 虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行
许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神
和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权
利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在
其他所述实施例中。