[發(fā)明專利]一種新型整體永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的高速電動機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810196143.2
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108418325B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鳳閣;劉光偉;金石;戴睿;于思洋;王皓
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02K1/2706
• 分類號: H02K1/2706;H02K1/02;H02K5/20;H02K3/12;H02K3/28
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 周智博;宋鐵軍

一種新型整體永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的高速電動機，其特征在于：該電動機包括機殼（1）、定子以及混合永磁材料分層綁扎結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子均設(shè)置在機殼（1）內(nèi)，該種新型整體永磁轉(zhuǎn)子外單元層添加的導(dǎo)電永磁材料磁粉可對高頻電磁波產(chǎn)生屏蔽，降低內(nèi)單元層混合永磁材料磁粉高頻渦流損耗。該種結(jié)構(gòu)能夠有效減小電機轉(zhuǎn)子內(nèi)的熱源，從根源上解決高速電機轉(zhuǎn)子過熱問題。同時該種結(jié)構(gòu)保證了電機轉(zhuǎn)子的均勻性、整體性和一致性，可以從機械上解決永磁體在高速旋轉(zhuǎn)情況下受較大的拉應(yīng)力而發(fā)生破碎的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型整體永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的高速電動機。屬于電機領(lǐng)域問題。

背景技術(shù)

高速電機由于轉(zhuǎn)速高，功率密度大，體積小，可以有效地節(jié)約材料；由于轉(zhuǎn)動慣量較小，所以動態(tài)響應(yīng)較快；高速電機可與工作機或負(fù)載直接相連，省去了傳統(tǒng)的機械負(fù)載變速裝置，因而可減小噪音和提高傳動系統(tǒng)效率。高速電機的研究與應(yīng)用符合節(jié)能減排的經(jīng)濟發(fā)展需要，目前已成為國際電工領(lǐng)域的研究熱點之一，在高速磨床、空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)、儲能飛輪、高速離心壓縮機、鼓風(fēng)機、航空航天等具有廣泛的應(yīng)用前景。

永磁電機以其結(jié)構(gòu)簡單、力能密度高、無勵磁損耗、效率高等優(yōu)點，最適合于高速電機。高速高頻電機與普通電機相比設(shè)計難度較大，高速電機轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)甚至十幾萬轉(zhuǎn)，圓周速度可達(dá)200m/s以上，電機在高速旋轉(zhuǎn)的情況下，定子鐵心損耗很大，空氣和轉(zhuǎn)子表面的摩擦?xí)o電機帶來很大的損耗，同時對于高速永磁電機來說，轉(zhuǎn)子永磁體的渦流損耗非常大，然而電機的轉(zhuǎn)子散熱困難，會造成電機轉(zhuǎn)子的溫升過高，而永磁體在溫度過高的情況下會發(fā)生不可逆退磁，給電機造成嚴(yán)重危害，因此減小電機轉(zhuǎn)子的損耗成為高速永磁電機設(shè)計的核心問題之一。對于高速永磁電機來說，轉(zhuǎn)子強度問題更為突出，因為永磁體不能承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的拉應(yīng)力而必須對永磁體采取保護措施。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提出了一種一種新型整體永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的高速電動機，其目的是解決以往的高速永磁電動機轉(zhuǎn)子渦流損耗大、散熱困難造成永磁體不可逆退磁的問題以及在高速旋轉(zhuǎn)情況下永磁體強度不夠而發(fā)生破損嚴(yán)重影響電機的可靠性和運行壽命問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種新型整體永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的高速電動機，其特征在于：該電動機包括機殼、定子以及混合永磁材料分層綁扎結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子均設(shè)置在機殼內(nèi)，定子包括定子鐵心和定子繞組，定子繞組設(shè)置在定子鐵心內(nèi)，轉(zhuǎn)子軸向穿過定子且轉(zhuǎn)子與定子之間留有供冷卻氣體通過的軸向內(nèi)風(fēng)道，定子兩端的殼體上分別設(shè)置有風(fēng)道入口和風(fēng)道出口，風(fēng)道入口通過軸向內(nèi)風(fēng)道連通風(fēng)道出口。以使得轉(zhuǎn)子冷卻氣體從風(fēng)道入口經(jīng)軸向內(nèi)風(fēng)道，最后從出口風(fēng)道出去，完成對轉(zhuǎn)子的冷卻。

定子鐵心設(shè)置有貫通軸向的供孔轉(zhuǎn)子車穿過的孔，定子繞組設(shè)置在定子鐵心的孔壁處，定子繞組與穿過該孔的轉(zhuǎn)子之間形成軸向內(nèi)風(fēng)道。

定子的兩端的兩端還設(shè)置有繞組壓板。繞組壓板采用絕緣導(dǎo)熱材料，主要的作用是固定繞組兩端的端部，同時該壓板可以有效的進行繞組端部與定子進行之間的換熱，有利于降低繞組端部的溫升。

轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心、新型混合永磁材料和碳纖維或玻璃絲層；新型混合永磁材料和碳纖維或玻璃絲層采用分層綁扎結(jié)構(gòu)交替設(shè)置，轉(zhuǎn)子鐵心外設(shè)置碳纖維或玻璃絲層, 碳纖維或玻璃絲層外設(shè)置新型混合永磁材料，新型混合永磁材料外繼續(xù)設(shè)置碳纖維或玻璃絲層，以此類推交替設(shè)置，然后在最外層外部設(shè)置碳纖維。該種新型混合永磁結(jié)構(gòu)即為新型混合永磁材料與碳纖維交替綁扎，無論多少層后都是新型混合永磁材料，然后在最外層添加一層碳纖維。

新型混合永磁材料是由永磁材料磁粉與樹脂混合而成的材料。材料的混合方法是通過精確的有限元計算，根據(jù)電機運行所需的勵磁，然后按照永磁材料磁粉與樹脂1：1的比例進行混合，因為若比例過大，將大大影響混合后新型永磁材料的整體性，強度問題將難以保證，若比例過小，勵磁將難以達(dá)到，這樣將增加整體厚度，進而強度問題也被顯現(xiàn)而出。