[發(fā)明專利]一種新型高速永磁電動(dòng)機(jī)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611053895.0
• 申請(qǐng)日: 2016-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN108110913A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉德寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 劉德寶
• 主分類號(hào): H02K1/02
• 分類號(hào): H02K1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種新型高速永磁電動(dòng)機(jī)，高速電機(jī)具有功率密度大、尺寸小、響應(yīng)快，可直接與高速機(jī)械設(shè)備連接等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)對(duì)高速電機(jī)的研究大都停留在幾十千瓦以下的小功率階段，大功率高速電機(jī)的研究還屬于起步階段。高速永磁電機(jī)的供電頻率和鐵心交變頻率約為普通電機(jī)的十多倍，導(dǎo)致基本電氣損耗的較大增加，因此設(shè)電磁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。永磁電機(jī)因其高效率、高功率因數(shù)等特點(diǎn)成為高速電機(jī)研究設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。本發(fā)明考慮包括材料選取、鐵耗計(jì)算方法、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和軸承選取等，設(shè)計(jì)出了一種新型高速永磁電動(dòng)機(jī)，對(duì)大功率高速永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)與發(fā)展具有一定的借鑒意義，具有良好的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于永磁電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型高速永磁電動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)

隨著科技水平的發(fā)展，在儲(chǔ)能飛輪、真空泵、高速磨床、壓縮機(jī)、航空航天、艦載供電設(shè)備等各工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω咚匐姍C(jī)的需求越來越大。我國(guó)對(duì)高速電機(jī)的研究大都停留在幾十千瓦以下的小功率階段，大功率高速電機(jī)的研究還屬于起步階段。高速永磁電機(jī)的供電頻率和鐵心交變頻率約為普通電機(jī)的十多倍，導(dǎo)致基本電氣損耗的較大增加，因此設(shè)電磁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

對(duì)于高速永磁電機(jī)，燒結(jié)而成的永磁材料不能承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，必須對(duì)永磁體采取保護(hù)措施，同時(shí)為了避免轉(zhuǎn)子彎曲共振的發(fā)生，必須準(zhǔn)確預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)子強(qiáng)度的合理設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析是高速電機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。高速電機(jī)體積小，損耗密度大，容易造成永磁體不可逆失磁，因此有效的散熱和冷卻方式，是高速電機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。從以上可知，高速電機(jī)的設(shè)計(jì)是集電磁設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析以及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多物理場(chǎng)綜合設(shè)計(jì)的過程，必須每個(gè)關(guān)鍵技術(shù)都得到合理的解決方案，高速電機(jī)才能可靠安全運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是針對(duì)上述問題，提供了一種新型高速永磁電動(dòng)機(jī)方法，高速電機(jī)具有功率密度大、尺寸小、響應(yīng)快，可直接與高速機(jī)械設(shè)備連接等優(yōu)點(diǎn)。永磁電機(jī)因其高效率、高功率因數(shù)等特點(diǎn)成為高速電機(jī)研究設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。本發(fā)明考慮包 括材料選取、鐵耗計(jì)算方法、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和軸承選取等，設(shè)計(jì)出了一種新型高速永磁電動(dòng)機(jī)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種新型高速永磁電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方法，包括材料的選取、定子鐵耗計(jì)算、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、軸承選取。

所述的材料的選取，在成本許可的條件下，一般選擇比較薄且比損耗較低的優(yōu)質(zhì)硅鋼片；如果成本要求嚴(yán)格么可以考慮選用軟磁復(fù)合材料。它采用粉末冶金技術(shù)制造，由表面絕緣的金屬粉末顆粒組成，可以一步壓制成具有復(fù)雜形狀的不見，并且具有良好的各向同性磁性能。為了減小高速電機(jī)的尺寸，通常選擇高性能的永磁材料，如燒結(jié)鋁鐵硼。

所述的定子鐵耗計(jì)算，由于工作頻率較高，定子鐵耗要比銅耗大，一般永磁電機(jī)鐵耗仍采用交流異步電機(jī)的方法。

所述的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，從離心力的角度看，轉(zhuǎn)子直徑應(yīng)該越小越好，但是也不能太小，除了轉(zhuǎn)矩外，轉(zhuǎn)子的諧振頻率也直接與尺寸相關(guān)。從鐵耗的角度看待極數(shù)的選擇，極數(shù)少，工作頻率低，但電機(jī)尺寸相應(yīng)要比多極數(shù)的電機(jī)大一些，所以要根據(jù)轉(zhuǎn)速的要求和鐵心磁密大小來選擇。所以在設(shè)計(jì)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子要進(jìn)行準(zhǔn)確 的電磁和機(jī)械計(jì)算，還應(yīng)參考現(xiàn)有高速軸承產(chǎn)品的尺寸，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)直接決定了氣隙磁場(chǎng)的波形和大小。

所述的軸承選取，深溝球軸承和角接觸球軸承屬于滾動(dòng)軸承，由于成本低及可靠性高被廣泛用于高速場(chǎng)合。近年來工程陶瓷材料發(fā)展迅速，它具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕、無磁性、低密度、低膨脹系數(shù)及彈性模量大等特點(diǎn)。液體和氣體潤(rùn)滑軸承都是基于流體潤(rùn)滑理論 ，利用液體或氣體的彈性墊來起支撐作用。與滾動(dòng)軸承相比，它無摩擦、效率高、壽命長(zhǎng)，能適合更高的轉(zhuǎn)速，但成本較高。磁懸浮軸承近年來得到了飛速的發(fā)展。它利用磁場(chǎng)力支撐物體，無摩擦、不需潤(rùn)滑，而且不受使用環(huán)境的限制，可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)阻尼、剛度和平衡。