[發明專利]一種新型高速永磁發電機

在審

• 申請號: 201611054414.8
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN108110924A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 劉德寶
• 申請（專利權）人: 劉德寶
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K3/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種新型永磁發電機，對一臺微型燃氣輪機驅動用于分布式供電系統的60000 r/min、75 kW的高速永磁發電機進行了結構設計，包括高速永磁發電機的定轉子結構設計、高速永磁發電機的空載與負載特性、損耗計算、溫升計算。然后基于場路耦合方法，分析高速永磁電機空載和負載特性，計算了電機的電磁與機械損耗，最后利用有限元法計算了高速電機內的溫度場分布，具有良好的實用性，對高效永磁發電機的設計研究具有一定的參考價值。

技術領域

本發明屬于電機設計領域，尤其涉及一種新型高速永磁發電機。

背景技術

由于轉速高和功率密度大，高速電機的幾何尺寸遠小于同功率的中低速電機，成為電機領域的研究熱點，其應用領域也越來越廣泛，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等。近來，用于分布式供電系統的微型燃氣輪機驅動高速發電機越來越受到人們的關注。永磁電機由于其結構簡單、力能密度高和無勵磁損耗等優點，最適合用于高速電機。

高速電機的主要特點有 2 個：①轉子的高速旋轉，轉速高達每分鐘數萬轉甚至十幾萬轉，圓周速度可達 200 m/s 以上；②定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，一般在 1000 Hz 以上[8]。這些特點決定了高速電機的設計與傳統電機設計有所不同。基于磁路分析的傳統設計方法難以滿足高速電機的設計要求，利用場路耦合方法可以準確地分析電機內的電磁場；而有限元方法也越來越廣泛的用于電機內的溫度場計算。

發明內容

本發明就是針對上述問題，提供了一種新型高速永磁發電機，該方法是基于場路耦合有限元法分析了高速永磁同步發電機的空載和負載特性，計算了負載運行時電機的電磁與機械損耗，并進行了電機的溫升場分析。計算的結果表明，高速永磁發電機的設計合理，電機性能能夠滿足設計要求。

本發明采用的技術方案是，一種新型告訴永磁發電機設計方法，包括高速永磁發電機的定轉子結構設計、高速永磁發電機的空載與負載特性、損耗計算、溫升計算。

所述的高速永磁發電機的定轉子結構設計，從電磁和機械兩個方面綜合考慮，特別是從轉子結構設計來看，采用 2 極方案比較有利，因此本設計中高速永磁電機采用 2極結構，根據永磁體抗壓強度遠大于抗拉強度的特點，護套和永磁體之間采用過盈配合，即對靜態永磁體施加一定預壓力，以抵消高速旋轉時離心力產生的拉應力，使永磁體在轉子高速旋轉時始終承受適當的壓應力；定子采用環形繞組，環形繞組的下邊安放在定子鐵心的 6 個槽中，而繞組的上邊分別安放在定子軛部的24 個槽中。

所述的高速永磁發電機的空載與負載特性，基于場路耦合有限元法，分析計算了高速永磁發電機的空載與負載特性。

所述的損耗計算，作用是計算出定子損耗，定子繞組銅耗，轉子表面的摩擦損耗，轉子中的電磁損耗。

所述的溫升計算，由于電機定、轉子之間的氣隙較小，所以定、轉子表面的溫度梯度是有限的。高速電機的轉子散熱條件較差，表面溫度較高，因此首先對高速電機轉子進行熱分析；在已知定子損耗、定子表面散熱系數及轉子表面的溫度的基礎上，可計算定子的穩態溫度分布。

本發明的有益效果是：本發明的新型永磁發電機設計方法，對一臺微型燃氣輪機驅動用于分布式供電系統的 60 000 r/min、 75 kW 的高速永磁發電機進行了結構設計，然后基于場路耦合方法，分析高速永磁電機空載和負載特性，計算了電機的電磁與機械損耗，最后利用有限元法計算了高速電機內的溫度場分布，具有良好的實用性，對高效永磁發電機的設計研究具有一定的參考價值。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。本發明保護范圍不僅局限于以下內容的表述。

圖 1 是本發明電路原理框圖。