用于电动机的定子冲片 【技术领域】
本发明涉及用于定子的冲片，更具体地，涉及用于制冷设备中的压缩机上所使 用的电动机的定子冲片。背景技术
在制冷设备中，压缩机一般是由感应电机启动。 这一类型的电动机包括移动部 分 ( 即转子 ) 和固定部分 ( 即定子 )。 对于电动机的运行来说，定子部分产生能感应产生 转子部分的电流的磁场，在这个被感应电流与磁场之间的相互作用产生推动转子运动的 转矩。
正如本领域技术人员所熟知的，转子部分的核心是一组冲片 ( 定子的冲片 ) 的组 合。 每一个冲片都有一个中心孔，并与定子和中心孔四周分布的凹槽紧密相连，以便能 设置使用导体材料制成的导线圈。 这一线圈负责产生磁场。
为减少能量消耗，在某些系统中还使用了 “无刷式” 同步电机 ( 在转子部分配 置有永久磁体 )。与传统的感应式电动机相比，使用磁体能够提高电机效率，从而可以减 少转子的能量损耗，并因此减少整体的能量消耗。 除了这些好处外，此类电机还具有电 子控制，允许电机可以根据系统需要，对速度进行变化调整。 这种速度的变化可以大大 提高制冷系统的热能效率，因此大大减少能量损耗。
一直以来，对压缩机和制冷系统的表现都非常重视，因此将电机的设计作为制 冷设备最重要的部分。 事实上，电机部分的设计可以从总体上大大促进制冷系统的能量 消耗的减少，同时提高效率。
因此，对于电机组件的设计和材料，都会根据所希望达到的运行参数进行选 择，并集中在效率、转矩和能量消耗等方面。
其中，对于定子部分的冲片的设计，将直接影响到磁场的产生，影响电机部分 的效率和产生的转矩。 另外一个影响电机磁场和效率的因素是固定在定子部分上的线圈 所使用的材料。
最常用于这一用途的材料是铜，因为其具有较高的导电性，但是，在某些应用 上，也会使用铝材，因为其可以大大节省成本，同时不会影响传输效率。
在文献 US 3942055 中，对用于压缩机的密封性电动机定子进行了详细说明，其 冲片部分包含三个不同尺寸的凹槽，并可以安装三种不同型号的线圈绕组，其中一个是 铝制线圈绕组。
文献 US 6791231 中，提到了一种新型定子冲片设计方案，即中心孔被放大，凹 槽部分的端部被轻缓地做成漏斗形封闭。 这一文献中所提到的冲片类型，非常适用于两 极型电机，这种电机一般常用于家用通风设备，其设计已经被大大优化以适用于这一应 用。
尽管，根据电机使用要求的需要对定子进行设计是一种普遍行为，但是在技术 上依然在追求定子部分的更高效率，以便能更加促进电机的整体表现，并可以用于对体积要求严格和对能源消耗有较低要求的设备中，比如，用于制冷设备中所使用的压缩电 机中。 发明内容 因此，本发明的一个目的是提供一种允许在一定灵活程度情况下组装定子部分 的冲片，以便能够使用铜制线圈或铝制线圈，同时不必改变冲片的设计。
本发明另一目的是提供一种定子冲片，可以给凹槽部分带来更大的内部活动空 间，以便能使用更多的导体材料。
本发明还有一个目的是提供一种定子冲片，可以给凹槽部分带来更大的内部活 动空间，能够使线圈针进行更大程度的移动，并使线圈更加均匀一致。
本发明的另一个目的是提供一种使磁量在冲片的齿上分布更均匀的定子冲片， 避免出现不希望看到的磁饱和现象，以便增加电机的效率。
本发明的另一目的是提供一种定子冲片，以便能使在钢片上损耗和导体上损耗 之间达成平衡，能够使损耗的分布更加均匀，以便使电机获得更好效率。
本发明通过提供一种用于电动机的定子冲片达到上述目的，其主要部件包括 ：
中心孔，
沿着中心孔四周间隔排列的多个凹槽，这些凹槽和中心孔通过一些通道或环颈 相连，以及
多个齿，每个齿都由两个连续凹槽形成，
使得 ：
中心孔的直径约为冲片总宽度的 50％ ；
每个凹槽的总面积相当于冲片上环状区域总面积的 50％ -60％，环状区域的外 边缘与冲片的多个边缘中的一个边缘相切，而环状区域的内边缘则正好与中心孔的边缘 相吻合 ；
齿的宽度是变化的，在靠近中心孔的临近区域最宽。
为更好地制作本发明中的冲片，每个凹槽都具有 5 个边缘，其中包括 ：两个相 对的侧边缘、两个位于凹槽的基部的边缘以及一个椭圆形边缘，位于凹槽的基部的边缘 从环颈向相对应的相对的侧边缘延伸，相对的侧边缘从位于凹槽的基部的边缘延伸，并 一直延伸到椭圆形边缘。 在每个侧边缘和椭圆形边缘之间所形成的夹角，都是一个在 85 度到 89 度之间的锐角。
此外，为更好地体现这一设计，在凹槽边缘之间所形成的角部的半径均约为 0.25 毫米，在凹槽顶部和中心孔边缘之间的距离相当于环颈的基部与冲片的环状区域外 边缘之间距离的 78％到 82％ ；在凹槽椭圆形边缘和水平轴线之间所形成的夹角在 0 度到 5 度之间。
附图说明
图 1 是现有技术的定子冲片的平面视图 ； 图 2 是现有技术的定子冲片任一凹槽的详细视图 ； 图 3 是现有技术的定子冲片任一齿上磁量密度分布示意图 ；图 4 是本发明所设计的定子冲片的平面视图 ；
图 5 是本发明所设计的任一凹槽的详细视图 ；
图 6 是本发明所设计的定子冲片任一齿上磁量密度分布示意图 ；
图 7 是本发明所设计的定子冲片的平面视图，重点突出了冲片的环状区域 ；
图 8 是本发明所设计的定子冲片的任一凹槽，重点突出了凹槽的边缘线与上曲 线之间的夹角 ；
图 9 是本发明所设计的定子冲片的平面视图，重点突出了冲片凹槽区域 ；
图 10 是本发明所设计的定子冲片的任一凹槽，重点突出了凹槽的上曲线和水平 轴线之间的夹角。 具体实施方式
下面将根据设计图所显示的实际应用更详细地说明本发明。
图 1 显示的是用于压缩机电动机的典型定子冲片 1。 冲片 1 包括中心孔 2 和多个 沿着中心孔 2 分布的凹槽 3。 在这种冲片上，中心孔的直径约为 55 毫米。
凹槽 3 与中心孔 2 通过通道或环颈 4 相连。 在两个连续凹槽 3 之间形成齿 5，这 些齿的内部边缘构成中心孔 2 的边缘。
根据图 2 所示，每个凹槽 3 都具有与 “水手帽” 类似的外形，其内部结构 3 形 成倒梯形 3a，其上部边缘呈圆顶椭圆形 3b。 在梯形和圆顶形的边缘之间 ( 或者说，是在 凹槽 3 的侧边缘和上边缘之间 ) 是曲线边缘 3c 和 3d，半径为 1.0 毫米。 倒梯形 3a 的两 侧边 3e 和 3f 之间形成的倾斜角为 60 度，在圆顶椭圆形的顶端到梯形底边之间的距离约为 10.0 毫米。 因此，每个凹槽 4 的总面积约为 83mm2。
在组装定子时，凹槽 3 的内边缘涂覆有绝缘涂层，一般是在冲片组装后通过柔 性带来实现。
齿 5 分别具有两个平行边缘 5a 和 5b，这是由两个连续凹槽的侧边缘和一个辅助 孔 6( 其功能是固定绝缘盖，负责在冲片组和线圈头之间进行绝缘 ) 所确定的。
冲片 1 还设置有 6 个固定孔，其中在冲片的每个角部上都有 4 个孔 6a，在冲片的 两个相对边缘的中间位置上都有 2 个孔 6b。 这些孔的作用是配合定子的固定螺钉。 固定 只是使用其中的三个孔，但是，在生产过程中，冲片组的一半被转向，以便补偿高度上 的不平衡，因此沿着定子的四周边缘需要有 6 个孔。
尽管根据现有技术，这种传统冲片设计方式一直被广泛应用于带永久磁体的 “无刷式” 电动机的定子部分，但是其仍具有下述缺点 ：
—即使凹槽 3 的形式和尺寸都进行了适宜的设计，以便适宜铜线线圈，但是当 选择使用了其他类型的线圈时，如铝线线圈，这些凹槽就不合适了，因为要获得与铜线 圈相等的效能表现，导体的横截面积至少需要增加 60％ ( 因此需要增加相应凹槽面积 )。
—在凹槽内侧边缘的圆形角部无法对凹槽的绝缘部分进行足够的固定，因此在 内部边缘和绝缘部分之间产生了一个空隙。 这个空隙，既无法被利用，又无法作为磁通 量通过区域 ( 冲片体 )，更无法作为凹槽区域 ( 为导体预留的空间 )，这样就限制了电机 的最大效率，降低了其功率范围，导致磁通量密度的增大。
—齿 5 的形状有利于辅助孔 6 的临近区域的磁通量的蓄积，有时因此会出现磁饱和，并引发功率衰减。 为此，图 3 显示了按照现有技术在冲片上所产生的磁饱和区域的 示意图。
图 4 到图 10 显示了根据本发明所设计的冲片 10。 本发明中的冲片 10 具有最优 化的设计，以此方式组装的定子可以在使用铜线线圈时表现出超过现有技术状态下的定 子的效率，同时，也适用于使用铝线线圈的定子部分。
正如本领域技术人员所熟知的那样，铝材是一种在相同单位重量下价格非常便 宜的材料，与此同时，如果想使铝线电机的工作效率与使用铜线导体的电机相媲美，正 如前所述，导体面积至少可以应当增加 60％。
因此，本发明所设计的冲片所配备的凹槽在形状和尺寸方面都可以进行调整， 以增加凹槽面积，便于线圈绕组针的通过和插入。
冲片 10 包括中心孔 20 和多个分布在中心孔 20( 根据本发明的最佳设置，围绕中 心孔 20 共间隔分布 6 个完全相同的凹槽 ) 周围的凹槽 30。 中心孔的直径约为冲片总宽度 的 50％。 凹槽 30 与中心孔 20 通过通道或环颈 40 相连。 在两个连续的凹槽 30 之间设有 齿 50，这些齿 50 的内部边缘构成了中心孔 20 的边缘。
按照图 7 和图 9 的最佳示意，重点突出了冲片上的环形区域 C，因为这一环形 区域的外边缘与冲片的多个边缘中的两个边缘相切，而其内边缘正好也是中心孔 20 的边 缘。 最好是，凹槽 30 的总面积 R 应介于冲片环形区域 C 的总面积的 50％ -60％之间， 以便能确保导体和冲片材料的能量 ( 焦耳 ) 损耗的平衡，以此来增加电机的效率。 凹槽面积的增加会为本发明所设计的冲片在使用线圈材料时带来更大灵活性， 因为其在适用于铜线圈的同时，也适用于铝线圈。 当选择使用铜线圈时，与采用现有技 术的定子冲片 1 电机相比，可以在效率方面获得更好的表现。 当选择使用铝线圈时，与 采用现有技术的铜导体电机相比，又可以大大降低电机的总成本。
图 5、图 8 和图 10 表示出每个凹槽 30 的几何部分细节。
任何一个凹槽 30 都具有五个边缘 30a、30b、30c、30d 和 30e，其中 30a 和 30b 是两个相对的侧边缘，30c 和 30d 是两个倾斜的端部边缘，30e 是一个椭圆形的边缘。 倾 斜的端部边缘 30c 和 30d 中的任何一个都会从环颈 40 向对应的相对的侧边缘 30a 和 30b 延 伸，每个对应的相对的侧边缘都会从端部边缘 30c 和 30d 的任意一个向椭圆形边缘 30e 延 伸。
从图 7 中的视图可以看出，两个相对的侧边缘 30a 和 30b 是相互倾斜的，它们之 间的夹角为 60 度 -70 度。 在椭圆形边缘 30e 的顶端到中心孔 20 边缘 ( 参见图 7) 之间的 距离 73 相当于中心孔 20 边缘 ( 环颈 40 的内端点 ) 到环状区域 C 的外边缘之间距离 72 的 78％到 82％。
从图 8 的视图中可以看出，在 30a 和 30e 之间的角度以及在 30b 与 30e 之间形成 的角度都是锐角 ( 小于 90 度 )，并因此形成齿 50 的开口角度 80，以利于凹槽绝缘体的固 定，减少齿的磁通量密度。 最好是，开口角度 80 在 85 度到 89 度之间。 此外，最好是， 在 30e 和 30a、30e 和 30b、30b 和 30d、以及 30a 和 30c 之间形成的角部 35a、35b、35c、 35d 的圆弧部分的半径最大应为 0.50 毫米。
本发明所设计的冲片 10 的凹槽 30 所形成的锐角在组装定子时有利于绝缘体在 凹槽上更好地固定，在容纳更多的导体材料方面也可以有突出的表现 ：确保了绝缘体和
凹槽的内边缘之间更好的贴合，因此在凹槽内部获得更大的自由活动空间，在缠绕线圈 时，这一空间将被导体材料所占用。
齿 50 有两个相互倾斜的侧边缘 ( 非平行的 )50a 和 50b，这两个边缘是由两个连 续凹槽的侧边缘所限定。 因此，在本发明中，齿 50 的宽度是可变化的，在最靠近中心孔 20 的区域宽度最大。
此外，齿 50 可以包含辅助孔 60，其功能是对绝缘层 ( 在线圈头和冲片组之间的 绝缘层 ) 进行固定。
根据图 6 中的示意图所示，在齿 50 的两个侧边缘 50a 和 50b 之间的倾斜是为了 避免临近中心孔 60 的区域出现磁通量蓄积，同时可以使整个齿 50 保持几乎均匀的磁通量 密度。
本发明所设计的冲片在冲片的每个角部还具有四个固定孔 60a。 这些固定孔的作 用是将定子部分固定在压缩机整体上。
根据图 10 中的示意图所示，在曲线 30e 和水平轴线之间所形成的夹角 100 应在 0 度到 5 度之间，以便利于线圈绕组针的移动，使线圈能够均匀统一地分布。
还应清楚，上述根据示意图所进行的说明，仅仅涉及的是本发明所设计冲片的 可行性应用，本发明的实际内容将在所附的权利要求部分予以确定。