[發(fā)明專利]一種輕量化高功率密度永磁同步電機

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• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108322004A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設計）人: 房淑華;劉歡;王海濤;陽輝;林鶴云
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K1/16;H02K1/27
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種輕量化高功率密度永磁同步電機，該電機包括輕量化定子(1)和輕量化轉子(2)；其中，輕量化定子(1)的定子軛(1.3)上開有半圓形槽(3)，輕量化轉子(2)的轉子軛(2.1)中開有不規(guī)則槽(5)，采取的輕量化結構能夠在不影響電機電磁性能的前提下，有效減小電機質量，提升功率密度。本發(fā)明在不影響電機電磁特性的前提下，通過定子(1)開半圓形槽(3)與轉子(2)開不規(guī)則槽(5)，有效的實現(xiàn)了電機定子(1)和轉子(2)的輕量化，提升了電機的功率密度，轉子(2)開不規(guī)則槽(5)能增大轉子(2)內的冷卻空氣流速，空氣流速大能夠有效帶走電機轉子(2)鐵心的內部熱量，更有利于提高電機電磁負荷，提升電機的功率密度，連接鐵心(2.3)能夠有效連接相鄰轉子軛(2.1)，提高電機的機械強度。

所屬領域

本發(fā)明涉及一種永磁電機技術，屬于高功率密度電機技術領域。

背景技術

高功率密度電機具有體積小、重量輕以及效率高的特點，被廣泛應用在航空航天、潛艇等特殊應用場合。相比于感應電機和開關磁阻電機，永磁同步電機具有功率密度大、效率高的固有優(yōu)點，且得益于釤鈷耐高溫永磁材料以及高性能軟磁復合材料的發(fā)展，永磁同步電機的可靠性以及功率密度都有了較大的提升。

電機功率密度提升的主要途徑：一是增大電機輸出功率，另一個就是在保證電機輸出功率的情況下，盡可能減小電機尺寸，減小電機質量。

對于增大輸出功率的措施，一般采取較高的電負荷和磁負荷，較高的電負荷會導致電機銅損耗較大，較大的磁負荷會導致電機鐵損耗較大，而損耗是產生溫升的熱源，為了降低電機溫升，必須采取一定的冷卻措施，如豐田Prius電機(2010)的水、乙二醇間接冷卻、YASA公司的軸向磁通電機的油冷，這些冷卻措施都會額外增加電機系統(tǒng)整體質量，不利于電機功率密度的提高，且航空等特殊應用場合，由于使用空間的限制，通常要求電機為自然通風冷卻或軸向單端自扇冷卻，強制冷卻措施不適用，且航空應用對電機功率密度的要求往往更高，因此，電機散熱與電機輸出功率的提高存在矛盾；對于減小電機尺寸的措施，一般將電機額定轉速設計的較高，但高速運行會導致電機供電頻率提高，鐵損相應增加，此外，高速運行的電機對轉子機械強度有著較高的要求。

發(fā)明內容

技術問題：本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種輕量化高功率密度永磁同步電機，解決傳統(tǒng)永磁電機的功率密度難以提升的問題。

技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明的一種輕量化高功率密度永磁同步電機采用的技術方案是采用輕量化定子和輕量化轉子；其中，輕量化定子的定子軛上開有半圓形槽(3)，輕量化轉子的轉子軛中開有不規(guī)則槽，采取的輕量化結構能夠在不影響電機電磁性能的前提下，有效減小電機質量，提升功率密度。

所述的輕量化定子設在輕量化轉子外部，輕量化定子包括電樞繞組、電樞鐵心齒、定子軛和半閉口梨形槽，半閉口梨形槽位于輕量化定子的圓周中，電樞繞組放置于半閉口梨形槽中，集中纏繞在電樞鐵心齒上，電樞鐵心齒設置在定子軛與轉子之間，相鄰半閉口梨形槽之間的定子軛上開半圓形槽，半圓形槽沿定子圓周均勻分布。

所述的輕量化轉子包括轉子軛、永磁體和連接鐵心，轉子軛上開有不規(guī)則槽，不規(guī)則槽沿轉子圓周均勻分布。

所述的永磁體為表貼式釤鈷永磁體，該永磁體緊貼轉子軛外表面，與定子齒有間隙，周向均勻分布，采取徑向充磁方式，相鄰永磁體充磁方向相反。

所述的轉子軛通過連接鐵心連接，連接鐵心設于相鄰轉子軛之間。

有益效果：

1、本電機通過輕量化開槽設計，在不影響電機電磁特性的前提下，有效的減小了電機質量，提升了電機的功率密度；

2、本電機的轉子開不規(guī)則槽設計，不僅可以降低電機質量，還可以提高電機轉子內部冷卻空氣的流速，有效帶走電機運行過程中產生的熱量，提升電機運行的可靠性；