[實用新型]整體永磁轉子磁懸浮高速電機

無效

• 申請號: 200620092145.X
• 申請日: 2006-07-18
• 公開（公告）號: CN200980033Y
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 王鳳翔;張鳳閣;宗鳴;王繼強;白浩然;邢軍強
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K21/12
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 梁焱

技術領域

本實用新型屬于電機技術領域，涉及一種整體永磁轉子磁懸浮高速電機。特別適合用作高速電動機和高速發電機。

背景技術

高速電機由于轉速高，功率密度大，其幾何尺寸遠小于輸出功率相同的中低速電機，可以有效地節約材料；高速電機可與原動機或負載直接相連，省去了傳統的機械變速裝置，因而可減小噪音和提高傳動系統的效率。高速電機的應用領域越來越廣泛，如高速磨床及其他加工機床，高速飛輪儲能系統，天然氣輸送及污水處理中采用的高速離心壓縮機和鼓風機，特別是用于分布式供電系統的微型燃氣輪機驅動高速發電機更是受到人們的關注。一般的永磁電機轉子，是由多塊具有不同極性的永磁體貼在轉子表面或者插入轉子鐵心內部，永磁體需要安裝前充磁，不僅安裝工藝復雜，而且難以保證轉子沿圓周方向的質量均衡和對稱，在高速旋轉離心力作用下會產生應力分布的不均勻。由于材料強度的限制，高速電機一般采用細而長的轉子，同時為了減小定子鐵心中的高頻渦流和磁滯損耗，高速電機一般選用2極或4極結構。采用傳統繞組連接方式，繞組端部很長，故使本來細而長的轉子還要加長，導致轉子剛度和臨界轉速的降低，對于高速電機的穩定運行十分不利，特別是給磁懸浮軸承的控制帶來很大困難。高速電機的轉速高達每分鐘數萬轉甚至十幾萬轉，采用傳統機械接觸式軸承不僅損耗大而且壽命短。

由于永磁電機具有力能密度大、效率高和無刷等優點，成為高速電機的首選結構。然而，高速電機轉速高達每分鐘數萬轉甚至十幾萬轉，圓周速度可達200m/s以上，采用粉末原料燒結壓制而成的永磁體抗拉強度較低，難以承受高速旋轉離心力產生的巨大拉應力。用于中、低速運行的傳統永磁電機結構與設計方法，不再適用于高速永磁電機。

實用新型內容

為了解決上述存在的問題，針對高速電機對永磁轉子機械和電磁性能的特殊要求，本實用新型提供一種整體永磁轉子磁懸浮高速電機。它是一種2極的同步電機，該電機采用了具有整體結構的永磁體，并采用非接觸式磁懸浮軸承，通過改變電機結構達到其性能要求，并進行了樣機的實驗驗證，證明了其可行性。

本實用新型的結構包括機殼、左端蓋、右端蓋、定子鐵心、定子繞組、永磁轉子、轉軸、軸向磁懸浮軸承和左、右徑向磁懸浮軸承，在電機轉軸上安放有永磁轉子，在機殼內壁上圍繞永磁轉子安放有定子鐵心，定子繞組嵌入定子鐵心槽中；左端蓋和右端蓋分別固定在定子鐵心兩側的機殼兩端；在轉軸與右端蓋之間安放有右徑向磁懸浮軸承，在轉軸與左端蓋之間分別安放有左徑向磁懸浮軸承和軸向磁懸浮軸承，軸向磁懸浮軸承置于轉軸端部，轉軸的另一端通過連軸器與驅動機械連接。

永磁轉子包括整體圓柱形結構的稀土永磁體、非導磁合金鋼護套及緊固件；永磁體采用釤鈷或釹鐵硼材料，在永磁體的外側置有高強度非導磁合金鋼套，永磁體的兩端分別固定有高強度非導磁合金鋼緊固件，將永磁體、護套與轉軸連接為一體；采用整個永磁轉子加工裝配之后再進行徑向充磁的工藝方法。永磁體與護套之間為過盈配合。

定子繞組為環型繞組結構，即線圈邊之間是通過定子鐵心軛的外部連接。

左、右徑向磁懸浮軸承為非接觸式磁懸浮軸承，包括徑向磁懸浮軸承轉子和徑向磁懸浮軸承的定子，徑向磁懸浮軸承的定子分別固定在左端蓋和右端蓋上，徑向磁懸浮軸承轉子固定在轉軸上，位于徑向磁懸浮軸承定子內部。徑向磁懸浮軸承的定子包括靜止的定子鐵心和勵磁繞組。徑向磁懸浮軸承類似于一臺電機，通過控制定子勵磁繞組中的電流，可以控制轉子不同方向上所承受的徑向電磁力實現轉子懸浮。軸向磁懸浮軸承為非接觸式磁懸浮軸承，包括軸向磁懸浮軸承支座、兩個盤式軸向磁懸浮軸承定子和軸向磁懸浮軸承轉子，兩個盤式軸向磁懸浮軸承定子之間安裝有軸向磁懸浮軸承轉子，兩盤式軸向磁懸浮軸承定子外側固定有軸向磁懸浮軸承支座，軸向磁懸浮軸承支座固定在左端蓋上，軸向磁懸浮軸承轉子固定在轉軸上。軸向磁懸浮軸承類似于一臺雙定子單轉子的盤式電機，夾在兩個盤式定子之間的導磁轉子圓盤隨高速電機同步旋轉，通過分別控制左右定子盤中勵磁繞組的電流，可以控制高速電機轉子系統承受的軸向力。徑向磁懸浮軸承轉子和軸向磁懸浮軸承的轉子均是由超薄低損耗電工鋼片疊壓而成，在轉子上無槽和無繞組。

本實用新型的工作原理：當本實用新型作高速發電機運行時，轉軸右端通過連軸器與驅動機械連接，被驅動機械拖動高速旋轉的永磁轉子產生的旋轉磁場，在定子繞組中產生電動勢，由定子繞組向外電路輸出交流電能。當本實用新型作為電動機運行時，由變頻交流電源向定子繞組供電驅動永磁轉子高速旋轉，通過轉軸驅動負載機械旋轉。

本實用新型的有益效果是：