[發(fā)明專利]高功率密度強(qiáng)制風(fēng)冷高頻永磁同步電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010301020.4
• 申請(qǐng)日: 2010-02-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101741198A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寇寶泉;何國(guó)忠;李偉力;李立毅;張曉晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K21/12
• 分類號(hào): H02K21/12;H02K5/20;H02K5/18;H02K3/28
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種高頻永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。?

背景技術(shù)

由于高頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速高和功率密度大，因此高頻電機(jī)的幾何尺寸遠(yuǎn)小于同功率的中低頻電機(jī)，成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，高頻電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，如高速磨床及其他加工機(jī)床、高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、天然氣輸送及污水處理中采用的高速離心壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等。近來(lái)，用于分布式供電系統(tǒng)的微型燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)高頻發(fā)電機(jī)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。永磁同步電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率與功率密度高和無(wú)勵(lì)磁損耗等優(yōu)點(diǎn)，最適合用于高頻電機(jī)。?

圖8為現(xiàn)有傳統(tǒng)的高頻永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。高頻電機(jī)一般選用的稀土永磁體為燒結(jié)釹鐵硼，不能承受大的拉應(yīng)力，如果沒(méi)有保護(hù)措施，永磁體無(wú)法承受轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的巨大離心力。保護(hù)永磁體的方法之一，是在永磁體外面加一高強(qiáng)度非導(dǎo)磁金屬保護(hù)套，永磁體與護(hù)套間采用過(guò)盈配合。另外一種保護(hù)方法是采用碳纖維綁扎永磁體。采用非導(dǎo)磁金屬護(hù)套的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)Ω哳l磁場(chǎng)起到一定的屏蔽作用，并能減小永磁體和轉(zhuǎn)子軛中的高頻附加損耗，同時(shí)導(dǎo)熱性能較好，有利于永磁體的散熱；其缺點(diǎn)是護(hù)套為導(dǎo)電體，會(huì)產(chǎn)生渦流損耗。碳纖維非金屬護(hù)套的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)在其中產(chǎn)生渦流，缺點(diǎn)是其對(duì)高頻磁場(chǎng)沒(méi)有屏蔽作用，高頻磁場(chǎng)會(huì)在永磁體及轉(zhuǎn)子軛中產(chǎn)生高頻附加損耗。?

由于定子鐵心的齒槽結(jié)構(gòu)造成的氣隙不均勻和定子電流電樞反應(yīng)磁場(chǎng)的諧波分量，將在永磁轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子護(hù)套和轉(zhuǎn)子軛中產(chǎn)生較大的附加損耗。特別是定、轉(zhuǎn)子表面由于高頻旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)摩損耗在總損耗中所占有較大的比重。同時(shí)，由于電機(jī)的漏抗小，繞組電流諧波分量大，電機(jī)定轉(zhuǎn)子的高頻損耗增加，使得整個(gè)高頻電機(jī)的效率與功率密度低、定轉(zhuǎn)子溫升高、可靠性差，電機(jī)的冷卻困難。?

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有高頻永磁同步電機(jī)存在的可靠性低、冷卻性能差、電機(jī)定轉(zhuǎn)子的高頻損耗大、損耗分布不合理的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種高功率密度強(qiáng)制風(fēng)冷高頻永磁同步電機(jī)。?

本發(fā)明的高功率密度強(qiáng)制風(fēng)冷高頻永磁同步電機(jī)是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，它包括機(jī)殼、端蓋、電樞部件、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子支撐軸承，所述機(jī)殼上有冷卻軸向通風(fēng)道，所述；冷卻軸向通風(fēng)道沿機(jī)殼圓周方向均布，所述端蓋上有軸向通風(fēng)孔，并且所述機(jī)殼上的冷卻軸向通風(fēng)道的兩?端與端蓋上的軸向通風(fēng)孔相對(duì)應(yīng)；轉(zhuǎn)子由永磁體、轉(zhuǎn)軸以及永磁體護(hù)套組成；定子鐵心內(nèi)表面與永磁體護(hù)套外表面之間為氣隙，所述冷卻軸向通風(fēng)道內(nèi)固定有一個(gè)或多個(gè)軸向長(zhǎng)條形散熱筋，散熱筋的徑向高度與冷卻軸向通風(fēng)道徑向高度之比為0.4～1.0。?

本發(fā)明的高功率密度強(qiáng)制風(fēng)冷高頻永磁同步電機(jī)采用強(qiáng)制風(fēng)冷，結(jié)構(gòu)上具有冷卻定子與轉(zhuǎn)子的雙通風(fēng)道，冷卻效果好，電機(jī)的溫升低、可靠性高、功率密度大；通過(guò)合理地設(shè)計(jì)定轉(zhuǎn)子尺寸及繞組參數(shù)，可以有效地減小損耗、提高效率；通過(guò)在繞組中串入電抗器，可以減小繞組電流諧波分量，降低電機(jī)定轉(zhuǎn)子的高頻損耗。?

本發(fā)明的高功率密度強(qiáng)制風(fēng)冷高頻永磁同步電機(jī)既可以作為電動(dòng)機(jī)應(yīng)用，也可以作為發(fā)電機(jī)應(yīng)用。?

附圖說(shuō)明

圖1是具體實(shí)施方式二、三所述機(jī)殼的一種結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是與圖1所示的機(jī)殼結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的端蓋10的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是具體實(shí)施方式四所示的電樞部件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是具體實(shí)施方式七所述的線圈纏繞示意圖。圖5是具體實(shí)施方式七所述的線圈在槽內(nèi)的位置關(guān)系示意圖。圖6是有一個(gè)中性點(diǎn)的電樞繞組連接示意圖。圖7是有三個(gè)中性點(diǎn)的電樞繞組連接示意圖。圖8是繞組與電抗器的聯(lián)結(jié)關(guān)系示意圖。?

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：一種高功率密度強(qiáng)制風(fēng)冷高頻永磁同步電機(jī)，它包括機(jī)殼、端蓋10、電樞部件、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子支撐軸承，其特征在于，所述機(jī)殼上有冷卻軸向通風(fēng)道23，所述；冷卻軸向通風(fēng)道23沿機(jī)殼圓周方向均布，所述端蓋10上有軸向通風(fēng)孔11，并且所述機(jī)殼上的冷卻軸向通風(fēng)道23的兩端與端蓋10上的軸向通風(fēng)孔11相對(duì)應(yīng)；轉(zhuǎn)子由永磁體、轉(zhuǎn)軸以及永磁體護(hù)套組成；定子鐵心內(nèi)表面與永磁體護(hù)套外表面之間為氣隙。?

本實(shí)施方式中端蓋上的軸向通風(fēng)孔11的形狀與機(jī)殼內(nèi)的冷卻軸向通風(fēng)道23的橫截面的形狀相同，可以為扇形或圓形等。?

本實(shí)施方式中的同步電機(jī)的機(jī)殼內(nèi)設(shè)置有通風(fēng)道，增加了電機(jī)機(jī)殼的散熱能力。?