[發明專利]一種儲能飛輪高速永磁同步電機復合轉子結構

有效

• 申請號: 202010323645.4
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111654130B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 陳益廣;臧柏棋;沈勇環
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02K1/278
• 分類號: H02K1/278;H02K1/28;H02K7/02;H02K21/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種儲能飛輪高速永磁同步電機復合轉子結構，主要包括轉子軸、永磁體、扇形極間填充物、高溫合金緊固套、環形硅鋼片鐵心屏蔽套和碳纖維緊固套；實心的合金材料的轉子軸外側粘貼永磁體和扇形極間填充物后形成表貼式兩極永磁磁極主體部分，其外部的圓柱回轉面上由里至外依次過盈配合的套裝有高溫合金緊固套、環形硅鋼片鐵心屏蔽套和碳纖維緊固套，且對外呈現為一對永磁磁極。依靠高溫合金緊固套將永磁體和扇形極間填充物緊固住，碳纖維緊固套將環形硅鋼片鐵心屏蔽套緊固住，氣隙中各種交變磁場在硅鋼片鐵心屏蔽套產生的渦流磁滯損耗降低，其它部件上的損耗少，解決了儲能飛輪高速永磁同步電機永磁轉子發熱和真空環境散熱難的難題。

技術領域

本發明屬于電氣工程領域，涉及一種儲能飛輪高速永磁同步電機復合轉子結構。

背景技術

飛輪儲能作為一種環境友好、性能優良的物理儲能技術，具有功率大、效率高、響應速度快、結構簡單、循環壽命長等特點，已經在各種能量儲存領域得到廣泛應用。儲能飛輪高速永磁同步電機永磁轉子多為表貼結構，轉速偏低時極對數多為二對極或一對極，轉速較高時多為一對極。

在儲能飛輪高速永磁同步電機中，通常轉子運行轉速很高，轉子整體結構直徑較大。儲能飛輪高速永磁同步電機永磁轉子通常采用高性能稀土燒結永磁材料，燒結而成的永磁材料不能承受高速旋轉產生的拉應力，必須對永磁體采取保護措施。目前多采用三種措施保護永磁體，一是采用不導磁的高強度金屬護套，二是采用碳纖維綁扎永磁體，三是在永磁體外先加不導磁而導電性好的薄金屬護套，再在薄金屬護套外綁扎碳纖維。

當高速永磁同步電機運行時，氣隙中存在許許多多各種諧波磁場，如定子鐵心開槽引起的永磁齒諧波磁場，定子三相基波電流產生的空間諧波磁場，定子三相諧波電流產生的時間諧波磁場。除部分時間諧波磁場以同步轉速旋轉而與永磁轉子保持相對靜止外，其它絕大部分諧波磁場都與永磁轉子間存在相對運動。當永磁轉子上既導磁又導電的永磁體、不導磁卻導電的金屬護套內有諧波磁場穿過且交變時，在它們內部就會感應出渦流，并產生渦流損耗，導致永磁轉子發熱，嚴重時還會造成永磁體退磁，影響儲能飛輪工作的穩定性。

當高速永磁同步電機永磁轉子采用不導磁的高強度金屬護套時，諧波磁場會在金屬護套內感應出渦流而產生一定的渦流損耗，同時也有一定的磁滯損耗，造成永磁轉子溫度升高。當僅采用碳纖維綁扎永磁體時，諧波磁場會在永磁體內感應出渦流，從而產生以渦流損耗為主的損耗，同樣會造成永磁轉子溫度升高。若在永磁體外先加不導磁而導電性好的薄金屬護套，再在薄金屬護套外綁扎碳纖維方式，雖然對永磁體能起一定的屏蔽作用，并減小轉子上總的渦流損耗，但這些損耗也會造成永磁轉子溫度有一定的升高。

儲能飛輪高速永磁同步電機永磁轉子采用磁懸浮技術支撐，為了減小風摩損，電機內腔還要達到真空狀態，永磁轉子散熱非常困難。因此，必須采取技術措施在保障儲能飛輪高速永磁轉子整體結構安全、穩定運行的前提下，盡量降低轉子上由諧波磁場造成的渦流和磁滯損耗，保證轉子整體結構高速運行的可靠性。

發明內容

在保證儲能飛輪高速永磁轉子整體結構安全、穩定運行的情況下，為有效降低儲能飛輪高速永磁轉子上諧波磁場造成的各種渦流和磁滯損耗，本發明提供一種儲能飛輪高速永磁同步電機復合轉子結構，使得儲能飛輪高速永磁同步電機總體性能得以提升。

本發明一種儲能飛輪高速永磁同步電機復合轉子結構，包括轉子軸、永磁體、扇形極間填充物、高溫合金緊固套、環形硅鋼片鐵心屏蔽套、碳纖維緊固套、內壓板和外壓板；所述轉子軸采用實心的合金材料制成，所述轉子軸外側粘貼所述永磁體和所述扇形極間填充物后形成表貼式兩極永磁磁極主體部分；表貼式兩極永磁磁極主體部分的外部呈現為圓柱體，該圓柱體的外回轉面上由里至外依次過盈配合的套裝有所述高溫合金緊固套、環形硅鋼片鐵心屏蔽套和碳纖維緊固套，至此構成了儲能飛輪高速永磁同步電機復合轉子結構，該儲能飛輪高速永磁同步電機復合轉子結構對外呈現為一對永磁磁極。