一种用于电机的背绕式定子、制作方法及高速永磁电机与流程

1.本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种用于电机的背绕式定子、制作方法及高速永磁电机。


背景技术：

2.随着我国经济社会的飞速发展，越来越多的场合应用到高速永磁电机，例如空压机、高速机床和真空泵等；此类电机功率密度大、效率高、动态响应快和尺寸小，在节能减排等方面极具优势；在高速永磁电机领域，为降低电机运行时的谐波，定子常采用分布式定子绕组，但分布式定子绕组的端部高，导致电机轴向长度值大，转子更细长，临界转速较低；背绕式定子结构能够显著缩短定子绕组的端部尺寸，从而节省了宝贵的电机轴向空间，拓宽了高速永磁电机的极限转速；
3.但现有的高速永磁电机中，定子铁芯外齿的外轭部径向厚度小，导致定子绕组与电机筒体的挡肩之间的距离过近，电气间隙小，易发生短路事故；此外，对定子绕组起限位作用的槽楔与电机筒体的挡肩干涉，易导致定子装配不到位。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明提供一种用于电机的背绕式定子、制作方法及高速永磁电机，以解决现有技术中定子铁芯外齿的外轭部径向厚度小导致定子绕组与挡肩之间易发生短路和定子装配不到位等问题。
5.本发明提供一种用于电机的背绕式定子，所述电机包括筒体，所述筒体形成有挡肩，所述背绕式定子设置在所述筒体的径向内侧，所述挡肩对所述背绕式定子起限位作用；所述背绕式定子包括定子铁芯和定子绕组；所述定子铁芯形成有铁芯主体、内齿和外齿，所述内齿设置于所述铁芯主体的径向内侧且形成有内绕组槽，所述外齿设置于所述铁芯主体的径向外侧且形成有外绕组槽；所述定子绕组围绕所述铁芯主体缠绕，且所述定子绕组的内侧端位于所述内绕组槽内，所述定子绕组的外侧端位于所述外绕组槽内；
6.所述定子绕组的外边缘与挡肩的内边缘之间的径向距离为δh＝h1-h0≥5mm，其中h1为所述定子绕组的外边缘与筒体的内壁之间的距离，h0为所述挡肩的径向厚度。
7.进一步可选地，所述外齿包括外颈部和外轭部，所述外轭部通过所述外颈部与所述铁芯主体的外边缘连接，所述外轭部与铁芯主体的外边缘之间形成所述外绕组槽；
8.所述背绕式定子还包括第一槽楔，所述第一槽楔设置在所述外轭部与定子绕组之间；
9.所述外轭部的径向厚度为h2，所述第一槽楔的径向厚度为h3，满足，h2+h3≥5mm，h2≥h0。
10.进一步可选地，所述外齿包括多个，多个所述外齿沿所述铁芯主体的周向设置；所述外轭部包括第一端和第二端，所述第一端和第二端沿所述铁芯主体的周向相对设置在所述外颈部的两侧；相邻的两个所述外轭部中，一个所述外轭部的第一端与铁芯主体的外边
缘之间形成第一外绕组子槽，另一个所述外轭部的第二端与铁芯主体的外边缘之间形成第二外绕组子槽；所述第一外绕组子槽与第二外绕组子槽之间连通并形成所述外绕组槽；
11.相邻的两个所述外轭部中，一个所述外轭部的第二端与另一个所述外轭部的第一端之间形成间隔槽，所述间隔槽与外绕组槽连通；
12.所述背绕式定子还包括第二槽楔，所述第二槽楔设置在所述间隔槽内。
13.进一步可选地，所述间隔槽形成有第一槽口和第二槽口，所述第一槽口和第二槽口沿所述铁芯主体的径向相对设置；所述间隔槽通过所述第一槽口与外绕组槽连通；
14.所述第一槽口的周向宽度为a1，所述第二槽口的周向宽度为a2，a1＞a2，且a2与所述背绕式定子的外径和槽数相关。
15.进一步可选地，a2＜1.5*a1。
16.进一步可选地，所述第二槽楔的结构与间隔槽的结构相适配，且所述第二槽楔的径向厚度为h4，且h4＜h2。
17.进一步可选地，所述第二槽楔靠近所述背绕式定子的出线端设置，且所述第二槽楔位于所述背绕式定子的出线端的轴向内侧。
18.进一步可选地，所述定子铁芯的轴向长度为c1，所述第二槽楔的轴向长度为c2，满足，-0.5*c1≤0.5*c1-c2≤0。
19.本发明还提供一种背绕式定子的制作方法，所述背绕式定子为上述任一项所述的用于电机的背绕式定子，所述制作方法包括：
20.s1、将所述定子绕组围绕所述铁芯主体缠绕于所述内绕组槽和外绕组槽内；
21.s2、将所述第一槽楔设置在所述外轭部与定子绕组之间；
22.s3、将所述第二槽楔设置在所述间隔槽内；
23.s4、对所述背绕式定子进行浸漆或灌胶处理。
24.本发明还提供一种高速永磁电机，所述高速永磁电机包括上述任一项所述的用于电机的背绕式定子或采用上述所述的背绕式定子的制作方法。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果主要在于：
26.(1)通过加厚外齿的外轭部的径向厚度，增大定子绕组的外边缘与挡肩的内边缘之间的径向距离，使定子绕组与挡肩之间具有较大的电气间隙，延长了定子绕组与挡肩之间的绝缘距离，避免两者之间发生短路事故；增大了第一槽楔与挡肩之间的距离，使定子与筒体之间具有装配空间，保证定子可被准确装配到筒体中，定子的装配精度高，解决第一槽楔与挡肩之间的干涉导致定子装配不到位的问题；
27.(2)间隔槽内设置有第二槽楔，对第一槽楔起到径向的限位作用，避免第一槽楔向外膨胀靠近筒体和挡肩；间隔槽被设计为外窄内宽的梯形结构，利用定子绕组向外膨胀的力将第二槽楔顶在间隔槽内，通过摩擦力对第二槽楔初步固定，再经后续的侵漆或灌胶处理，实现对第二槽楔的完全固定；
28.(3)第二槽楔加强了定子绕组与挡肩之间的绝缘强度，第二槽楔将间隔槽堵住，迫使冷却气体从定子与转子之间的气隙流通，避免冷却流道改变而导致冷却性能恶化。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方
式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
30.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
31.图1为本发明提供的定子铁芯实施例结构示意图；
32.图2a为本发明提供的背绕式定子实施例结构示意图；
33.图2b为本发明提供的背绕式定子与筒体实施例装配结构示意图；
34.图3a、图3b、图3c和图3d为本发明提供的背绕式定子(含尺寸)实施例部分结构示意图；
35.图中：
36.1-定子铁芯；11-铁芯主体；12-外齿；121-外颈部；122-外轭部；123-第一端；124-第二端；13-外绕组槽；14-间隔槽；141-第一槽口；142-第二槽口；15-内齿；16-内绕组槽；
37.2-定子绕组；31-第一槽楔；32-第二槽楔；4-挡肩；5-筒体。
具体实施方式
38.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。
39.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
40.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
41.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
42.现有的高速永磁电机中，定子铁芯外齿的外轭部径向厚度小，导致定子绕组与电机筒体的挡肩之间的距离过近，电气间隙小，易发生短路事故；此外，对定子绕组起限位作用的槽楔与电机筒体的挡肩干涉，易导致定子装配不到位；
43.本发明创造性地提供用于电机的背绕式定子，电机包括筒体，筒体形成有挡肩，背绕式定子设置在筒体的径向内侧；背绕式定子包括定子铁芯和定子绕组；定子铁芯形成有
铁芯主体、内齿和外齿，内齿设置于铁芯主体的径向内侧且形成有内绕组槽，外齿设置于铁芯主体的径向外侧且形成有外绕组槽；定子绕组围绕铁芯主体缠绕，且定子绕组的内侧端位于内绕组槽内，定子绕组的外侧端位于外绕组槽内；定子绕组的外边缘与挡肩的内边缘之间的径向距离为δh＝h1-h0≥5mm，其中h1为定子绕组2的外边缘与筒体5的内壁之间的距离，h0为挡肩4的径向厚度；
44.增大δh，使定子绕组与挡肩之间具有较大的电气间隙，延长了定子绕组与挡肩之间的绝缘距离，避免两者之间发生短路事故；使定子与筒体之间具有装配空间，保证定子可被准确装配到筒体中，定子的装配精度高，解决定子装配不到位的问题。
45.进一步，如图1所示，内齿15包括内颈部和内轭部，内轭部通过内颈部与铁芯主体11的内边缘连接，内轭部与铁芯主体11的内边缘之间形成内绕组槽16；外齿12包括外颈部121和外轭部122，外轭部122通过外颈部121与铁芯主体11的外边缘连接，外轭部122与铁芯主体11的外边缘之间形成外绕组槽13；
46.如图2a、图2b和图3c所示，背绕式定子还包括第一槽楔31，第一槽楔31设置在外轭部122与定子绕组2之间，对定子绕组2起限位作用，避免定子绕组2向外膨胀靠近筒体5和挡肩4引起电气短路的问题；
47.如图3a、图3b和图3d所示，外轭部122的径向厚度为h2，第一槽楔31的径向厚度为h3，满足，h2+h3≥5mm，h2≥h0；因此，可增大h2或h3，来增大δh；优选地，增大h2,可提高定子绕组2与挡肩4之间的绝缘强度，增大第一槽楔31与挡肩4之间的距离，使第一槽楔31不再会与挡肩4产生干涉，防止定子绕组2的线包向外膨胀靠近挡肩4，使定子与筒体5之间具有装配空间，保证定子可被准确装配到筒体中，定子的装配精度高，解决第一槽楔31与挡肩4之间的干涉导致定子装配不到位的问题；
48.需要说明的是，h2可根据实际情况设定，一般相比外轭部122的径向厚度大于挡肩4的径向厚度。
49.如图1所示，外齿12包括多个，多个外齿12沿铁芯主体11的周向设置；外轭部122包括第一端123和第二端124，第一端123和第二端124沿铁芯主体11的周向相对设置在外颈部121的两侧；相邻的两个外轭部122中，一个外轭部122的第一端123与铁芯主体11的外边缘之间形成第一外绕组子槽，另一个外轭部122的第二端124与铁芯主体11的外边缘之间形成第二外绕组子槽；第一外绕组子槽与第二外绕组子槽之间连通并形成外绕组槽13；第一槽楔31包括多个，每个第一槽楔31设置在对应的外轭部122与定子绕组2之间；
50.相邻的两个外轭部122中，一个外轭部122的第二端124与另一个外轭部122的第一端123之间形成间隔槽14，间隔槽14与外绕组槽13连通；
51.如图2a、图2b和图3c所示，针对第一槽楔31固定不牢固易与挡肩4接触的问题，本实施例提出，背绕式定子还包括第二槽楔32，第二槽楔32设置在间隔槽14内；第二槽楔32对第一槽楔31起到径向的限位作用，避免第一槽楔31和定子绕组2向外膨胀靠近筒体5和挡肩4；此外，第一槽楔31和第二槽楔32将定子绕组2与挡肩4隔开，起到绝缘作用，提高了定子绕组2与挡肩4之间的绝缘强度；
52.进一步，间隔槽14被设计为外窄内宽的梯形结构，利用定子绕组2向外膨胀的力将第二槽楔32顶在间隔槽14内，通过间隔槽14的壁面与第二槽楔32的壁面之间的摩擦力对第二槽楔32初步固定，再经后续的侵漆或灌胶处理，实现对第二槽楔32的完全固定；具体地，
间隔槽14形成有第一槽口141和第二槽口142，第一槽口141和第二槽口142沿铁芯主体11的径向相对设置；间隔槽14通过第一槽口141与外绕组槽13连通；
53.如图3b所示，第一槽口141的周向宽度为a1，第二槽口142的周向宽度为a2，a1＞a2，且a2与背绕式定子的外径和槽数相关；第一槽口141的周向宽度和第二槽口142的周向宽度均小于外绕组槽13的周向宽度；a1和a2设计均有一定的要求，a1不宜过大，否则会使第一槽楔31的受力区域偏小，第一槽楔31的中间部分受力易变形；a2不宜过小，否则会降低定子的下线效率；
54.优选地，a1＜1.5*a2。
55.如图3b和图3d所示，此外，针对第二槽楔32径向厚度过大，与筒体5产生干涉易导致定子装配不到位的问题，本实施例设计第二槽楔32的结构与间隔槽14的结构相适配，且第二槽楔32的径向厚度为h4，且h4＜h2；具体地，第二槽楔32的径向厚度略小于外轭部122的径向厚度，使第二槽楔32堵住间隔槽14的风道，但不超出外轭部122的外边缘，否则装配定子时定子与筒体5会产生干涉；
56.第二槽楔32加强了定子绕组2与挡肩4之间的绝缘强度，第二槽楔32将间隔槽14堵住，迫使冷却气体从定子与转子之间的气隙流通，避免冷却流道改变而导致冷却性能恶化。
57.针对第二槽楔32位置设置不合理导致背绕式定子装配不到位的问题，本实施例提出，第二槽楔32靠近背绕式定子的出线端设置，且第二槽楔32位于背绕式定子的出线端的轴向内侧，第二槽楔32装配后不超出对应的铁芯主体11的端面，避免定子装配到筒体内侧时装配不到位的问题。
58.优选地，定子铁芯1的轴向长度为c1，第二槽楔32的轴向长度为c2，满足，-0.5*c1≤0.5*c1-c2≤0；c2设计有一定的要求，c2不宜过大，装配第二槽楔32后，在定子的出线端，第二槽楔32的端面不应超过铁芯主体11的端面，否则会导致定子装配不到位的问题；此外，c2不宜过小，否则装配第二槽楔32较困难。
59.本实施例还提供一种背绕式定子的制作方法，背绕式定子为上述任一项所述的用于电机的背绕式定子，制作方法包括：
60.s1、定子下线时，将定子绕组2围绕铁芯主体11缠绕于内绕组槽16和外绕组槽13内；具体地，定子绕组2的内侧端位于内绕组槽16内，定子绕组2的外侧端位于外绕组槽13内；
61.s2、将第一槽楔31设置在对应的外轭部122与定子绕组2之间；
62.s3、将第二槽楔32设置在对应的间隔槽14内；定子绕组2在绕线结束后采用第一槽楔31压紧，定子绕组2存在向远离铁芯主体11外侧膨胀的趋势，再采用第二槽楔32压紧第一槽楔31后，第一槽楔31会把第二槽楔32压在间隔槽14内，实现第二槽楔32的初步固定；
63.s4、定子完成下线时，对背绕式定子进行浸漆或灌胶处理，绝缘漆或灌封胶对第二槽楔32完全固定。
64.本实施例还提供一种电机，电机包括上述任一项所述的用于电机的背绕式定子或采用上述所述的背绕式定子的制作方法；采用被背绕式定子能显著缩短电机的定子绕组2的端部尺寸，从而节省宝贵的电机轴向空间，拓宽高速永磁电机的极限转速。
65.以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的
精神和范围内的各种修改和等效设置。