一种转子采用混合保护措施的高速永磁电机制造技术

本实用新型专利技术是一种转子采用混合保护措施的高速永磁电机，属于电机技术领域。其特征在于：在机壳的外部设置有冷却水套，冷却水套的内部为周向螺旋水道；所述定子包括定子铁心、定子绕组及绕组压板，定子绕组设置在定子铁心上，绕组压板设置在定子铁心的两端，定子绕组与转子外围之间设置有轴向内风道；在机壳上设置有进风口和出风口；混合护套是由碳纤维及合金屏蔽套组成，永磁体周向分为若干永磁块，轴向由多段粘接而成。本实用新型专利技术不仅可以从机械上解决永磁体在高速旋转情况下受较大的拉应力而发生破碎的问题，还解决了大功率高速电机损耗密度大、热量难以散出、温升过高的问题，也避免了永磁体在高温情况下易发生不可逆退磁的问题。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术是一种转子采用混合保护措施的高速永磁电机，属于电机
。其特征在于：在机壳的外部设置有冷却水套，冷却水套的内部为周向螺旋水道；所述定子包括定子铁心、定子绕组及绕组压板，定子绕组设置在定子铁心上，绕组压板设置在定子铁心的两端，定子绕组与转子外围之间设置有轴向内风道；在机壳上设置有进风口和出风口；混合护套是由碳纤维及合金屏蔽套组成，永磁体周向分为若干永磁块，轴向由多段粘接而成。本技术不仅可以从机械上解决永磁体在高速旋转情况下受较大的拉应力而发生破碎的问题，还解决了大功率高速电机损耗密度大、热量难以散出、温升过高的问题，也避免了永磁体在高温情况下易发生不可逆退磁的问题。【专利说明】一种转子采用混合保护措施的高速永磁电机
本技术属于电机
，涉及一种转子采用混合保护措施的高速永磁电机。
技术介绍
高速电机由于转速高，功率密度大，体积小，可以有效地节约材料；由于转动惯量较小，所以动态响应较快；高速电机可与工作机或负载直接相连，省去了传统的机械变速装置，因而可减小噪音和提高传动系统的效率。高速电机的研究与应用符合节能减排的经济发展需要，目前已成为国际电工领域的研究热点之一，在高速磨床、空气循环制冷系统、储能飞轮、高速离心压缩机、鼓风机、航空航天等具有广泛的应用前景。永磁电机以其结构简单、力能密度高、无励磁损耗、效率高等优点,最适合于高速电机。高速高频电机与普通电机相比设计难度较大，高速电机转速高达每分钟数万转甚至十几万转，圆周速度可达200m/s以上，电机在高速旋转的情况下，空气和转子表面的摩擦会给电机带来很大的损耗，转子永磁体的润流损耗也会很大，同时对高速永磁电机来说，定子铁心损耗和绕组损耗都高达数千瓦甚至上万瓦，造成电机温升过高，而永磁体在温度过高的情况下会发生不可逆退磁，给电机造成严重危害，因此电机的散热成为电机设计的核心问题之一。对于永磁电机来说，转子强度问题更为突出，因为永磁体不能承受高速旋转产生的拉应力而必须对其采取保护措施，转子设计及加工工艺也成为高速电机设计的难点之一。另外，为了减少离心力及产生需要的输出功率，转子一般为细长型，转子要求其额定转速跨越I阶弯曲临界转速，并小于2阶弯曲临界转速，因此转子动力学设计也是关键问题。
技术实现思路
专利技术目的:本技术提供一种转子采用混合保护措施的高速永磁电机，其目的是解决以往的电机转子在高速旋转的情况下永磁体强度不够而易发生破损的问题以及大功率高密度电机损耗密度大、热量难以散出、温升过高而严重影响电机可靠性和运行寿命的问题，同时对电机的温度、转速、有功和无功功率的精确控制，电机振动和重要部位的温度和参数在线监测，可保证电机系统的可靠运行。技术方案:本技术是通过以下技术方案实施的:一种转子采用混合保护措施的高速永磁电机，机壳和设置在机壳内的定子与转子，机壳的两端设置有端盖，其特征在于:在机壳的外部设置有冷却水套，冷却水套的内部为周向螺旋水道；所述定子包括定子铁心、定子绕组及绕组压板，定子绕组设置在定子铁心上，绕组压板设置在定子铁心的两端，定子绕组与转子外围之间设置有轴向内风道；在机壳上设置有进风口和出风口。转子由转轴、转子铁心、永磁体、合金钢层以及碳纤维层组成，转子铁心采用过盈配合套在转轴上，永磁体贴在转子铁心的外圆表面，合金钢层套在永磁体外围，碳纤维层捆扎在合金钢层的外围；永磁体在转子铁心的轴向和径向分成多段，每极永磁体之间的间隙采用填充物填充，填充物采用隔磁塑料。永磁体外套有合金钢层，合金钢层外捆扎碳纤维层，合金钢层与碳纤维层共同组成混合保护套，套在永磁体的外面，并与永磁体采用过渡配合，其中合金钢层为非导磁材料，碳纤维层为非导磁导电材料，永磁体在机械加工后与组合护套装配前进行径向充磁。永磁体在转子铁心的轴向和径向分成多段，相邻的永磁体用高强度隔磁胶粘合在一起，每极永磁体之间的间隙采用填充物填充，填充物采用隔磁塑料。转子铁心采用转子轭与中心轴一体结构，转子铁心套在转轴上，转轴采用高强度的碳素钢材料，转子铁心与转轴采用过盈配合。定子上用于设置绕组的定子槽为矩形槽，绕组分上、下两层，采用分数槽短距绕组，定子绕组的上部留有轴向内风道，绕组嵌入定子槽中，定子铁心由超薄低损耗冷轧无取向电工钢片叠压而成。定子绕组与转子外围之间设置有轴向内风道；在机壳上设置有风道的进风口和出风口。电机机壳外侧设置有周向螺旋水道，螺旋水道从一端进水，另一端出口。优点及效果:1.本技术的转子结构中永磁体混合保护套由非导磁的合金钢和非导磁导电的碳纤维共同组成，在合金钢外层缠上碳纤维材料组成混合保护套，混合保护套采用过渡配合嵌套在永磁体外面，由于合金钢材料的密度较大，在碳纤维内层套上一层较薄的合金钢，不仅可以大大较小永磁体分块造成的边缘效应，还大大的简化了加工的难度，同时碳纤维复合材料具有密度小、拉伸强度大、受温度影响较小的特点，可以对永磁体在高温高速旋转的情况下更安全有效地保护。2.永磁体在转子铁心的轴向和径向分成多段，相邻的永磁体用高强度隔磁胶粘合在一起，每极永磁体之间的间隙采用填充物填充，填充物采用隔磁塑料，不仅可以有效减小电机的极弧系数，改善电机的电磁特性，降低转子涡流损耗和转子温升分布，永磁体在径向分为多块，可以使永磁体在高速旋转时拉应力在边缘处得到释放，大幅减小永磁体所受拉应力，每极永磁体之间的间隙采用填充物填充，可以有效的避免永磁体间隙对保护套造成的较大的弯曲应力和边缘效应，增加永磁体在高速旋转下的安全系数，若永磁体在径向没有分为多块，则高速旋转时永磁体将承受较大的拉应力，易使永磁体发生破碎，若每极永磁体之间的间隙没有填充物填充，则在高速旋转的情况下会对保护套产生巨大的边缘效应和弯曲效应，严重影响保护套的可靠性；转子铁心套在转轴上，转轴采用高强度的碳素钢材料，转子铁心与转轴采用过盈配合，可以有效的防止高速电机在高速旋转下带负载运行时造成轴的弯曲与断裂，提高电机的稳定运行特性。3.本技术的电机定子槽型采用矩形槽，绕组采用扁铜线双层短距绕组，不仅可以获得较大槽口尺寸，还可以大大提高电机槽的利用率，获得更大的内风道通风面积，从而使冷风与电机转子更多的接触和热量更好的传递，有助于减小电机转子温升，提高电机可靠性运行。定子每极每相槽数采用分数槽，可以避免因槽口尺寸较大而产生较大的齿槽转矩，减小电动机运行时的转矩波动、振动和噪声，使电机更稳定的运行。4本技术的电机冷却系统采用风冷与水冷相结合的冷却方式，风冷系统开设在定转子之间，冷风从机壳一侧的进风口流入，经过绕组端部，流向内风道，带走转子热量后，经过定子绕组另一端的绕组端部，从机壳另一端的出风口流出，水冷却系统开设在电机机壳外侧，采用周向的一路螺旋管道，冷却水从电机一端流入，经螺旋水道，从电机另一端流出。此设计的冷却系统不仅解决了大功率高速电机损耗密度大、散热困难、易发生局部温升过高的问题，且能使转子温度更加均匀，避免转子出现较大的温度梯度，防止永磁体因温度过高造成不可逆退磁，致使电机无法正常运行的现象，大大的提高的大功率高速电机的安全运行寿命。【专利附图】【附图说明】:图1为本技术的整体结构图；图2为本技术的截面图；图3为本技术的转子截面图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤阁，杜光辉，王天煜，王凤翔，李玉超，宋姝临，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：实用新型
国别省市：