一种轻量化高功率密度永磁同步电机制造技术

本发明专利技术公开了一种轻量化高功率密度永磁同步电机，该电机包括轻量化定子(1)和轻量化转子(2)；其中，轻量化定子(1)的定子轭(1.3)上开有半圆形槽(3)，轻量化转子(2)的转子轭(2.1)中开有不规则槽(5)，采取的轻量化结构能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效减小电机质量，提升功率密度。本发明专利技术在不影响电机电磁特性的前提下，通过定子(1)开半圆形槽(3)与转子(2)开不规则槽(5)，有效的实现了电机定子(1)和转子(2)的轻量化，提升了电机的功率密度，转子(2)开不规则槽(5)能增大转子(2)内的冷却空气流速，空气流速大能够有效带走电机转子(2)铁心的内部热量，更有利于提高电机电磁负荷，提升电机的功率密度，连接铁心(2.3)能够有效连接相邻转子轭(2.1)，提高电机的机械强度。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化高功率密度永磁同步电机所属领域本专利技术涉及一种永磁电机技术，属于高功率密度电机

技术介绍
高功率密度电机具有体积小、重量轻以及效率高的特点，被广泛应用在航空航天、潜艇等特殊应用场合。相比于感应电机和开关磁阻电机，永磁同步电机具有功率密度大、效率高的固有优点，且得益于钐钴耐高温永磁材料以及高性能软磁复合材料的发展，永磁同步电机的可靠性以及功率密度都有了较大的提升。电机功率密度提升的主要途径：一是增大电机输出功率，另一个就是在保证电机输出功率的情况下，尽可能减小电机尺寸，减小电机质量。对于增大输出功率的措施，一般采取较高的电负荷和磁负荷，较高的电负荷会导致电机铜损耗较大，较大的磁负荷会导致电机铁损耗较大，而损耗是产生温升的热源，为了降低电机温升，必须采取一定的冷却措施，如丰田Prius电机(2010)的水、乙二醇间接冷却、YASA公司的轴向磁通电机的油冷，这些冷却措施都会额外增加电机系统整体质量，不利于电机功率密度的提高，且航空等特殊应用场合，由于使用空间的限制，通常要求电机为自然通风冷却或轴向单端自扇冷却，强制冷却措施不适用，且航空应用对电机功率密度的要求往往更高，因此，电机散热与电机输出功率的提高存在矛盾；对于减小电机尺寸的措施，一般将电机额定转速设计的较高，但高速运行会导致电机供电频率提高，铁损相应增加，此外，高速运行的电机对转子机械强度有着较高的要求。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种轻量化高功率密度永磁同步电机，解决传统永磁电机的功率密度难以提升的问题。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种轻量化高功率密度永磁同步电机采用的技术方案是采用轻量化定子和轻量化转子；其中，轻量化定子的定子轭上开有半圆形槽(3)，轻量化转子的转子轭中开有不规则槽，采取的轻量化结构能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效减小电机质量，提升功率密度。所述的轻量化定子设在轻量化转子外部，轻量化定子包括电枢绕组、电枢铁心齿、定子轭和半闭口梨形槽，半闭口梨形槽位于轻量化定子的圆周中，电枢绕组放置于半闭口梨形槽中，集中缠绕在电枢铁心齿上，电枢铁心齿设置在定子轭与转子之间，相邻半闭口梨形槽之间的定子轭上开半圆形槽，半圆形槽沿定子圆周均匀分布。所述的轻量化转子包括转子轭、永磁体和连接铁心，转子轭上开有不规则槽，不规则槽沿转子圆周均匀分布。所述的永磁体为表贴式钐钴永磁体，该永磁体紧贴转子轭外表面，与定子齿有间隙，周向均匀分布，采取径向充磁方式，相邻永磁体充磁方向相反。所述的转子轭通过连接铁心连接，连接铁心设于相邻转子轭之间。有益效果：1、本电机通过轻量化开槽设计，在不影响电机电磁特性的前提下，有效的减小了电机质量，提升了电机的功率密度；2、本电机的转子开不规则槽设计，不仅可以降低电机质量，还可以提高电机转子内部冷却空气的流速，有效带走电机运行过程中产生的热量，提升电机运行的可靠性；3、本电机采取的连接铁心设计，可以提高转子的机械强度，有效预防电机高速运行时机械强度不足的缺点，为转速的提高提供较好的基础，转速的提高可进一步提升电机功率密度。附图说明图1为本专利技术的电机的截面图。图中有：轻量化定子1、轻量化转子2、半圆形槽3、半闭口梨形槽4、不规则槽5。轻量化定子1包括：电枢绕组1.1、定子齿1.2、定子轭1.3。轻量化转子2包括：转子轭2.1、永磁体2.2、连接铁心2.3。具体实施方式本专利技术的轻量化高功率密度永磁同步电机，采用6槽8极的内转子表贴式永磁同步电机，相比于传统的永磁电机不同点在于：定子采取了开半圆形槽轻量化结构、转子采取了开不规则槽轻量化结构。采取的轻量化结构是在满足所开槽型不影响电机电磁特性的前提下进行的，采取的定子、转子轻量化结构能够有效减轻电机质量，提升电机功率密度，所开转子不规则槽不仅能有效减轻电机质量，而且能够提高电机转子内部的冷却空气流速，有利于电机散热，提升电机运行的可靠性，连接铁心的设计保证了电机高速运行时转子的机械强度，有利于电机功率密度的提升。所述的轻量化高功率密度永磁同步电机包括轻量化定子1和轻量化转子2，轻量化定子1轻量化为定子轭1.3开半圆形槽3，轻量化转子2轻量化为转子轭2.1开不规则槽5，采取的轻量化结构能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效减小电机质量；所述的轻量化定子1设在轻量化转子2外部，包括电枢绕组1.1、电枢铁心齿1.2和定子轭1.3，电枢绕组1.1放置于半闭口梨形槽4中，集中缠绕在电枢铁心齿1.2上，电枢铁心齿1.2设置在定子轭1.3与轻量化转子2之间，相邻半闭口梨形槽4之间的定子轭1.3开半圆形槽3，半圆形槽3沿轻量化定子1圆周均匀分布；所述的轻量化转子2包括转子轭2.1、表贴式永磁体2.2和连接铁心2.3，转子轭2.1开不规则槽5，不规则槽5沿轻量化转子2圆周均匀分布；所述的永磁体2.2为表贴式钐钴永磁体2.2，置于转子轭2.1和定子齿1.2之间，永磁体2.2紧贴转子轭2.1外表面、与定子齿1.2有间隙，周向均匀分布，永磁体2.2采取径向充磁方式，相邻永磁体2.2充磁方向相反；所述的转子轭2.1通过连接铁心2.3连接，连接铁心2.3设于相邻转子轭2.1之间。本专利技术公开的一种轻量化高功率密度永磁同步电机的运行原理如下：永磁体产生主动激励磁场，永磁磁通通过永磁体北极进入到定子电枢铁心齿，穿过定子背轭，到达转子永磁体的南极，形成闭合的磁场，随着转子的旋转，该磁场在空间形成闭合的旋转磁场；同时，定子绕组通入和转子旋转电频率相同的三相交流电，由交变的电场产生磁场，虽然定子不动，但定子绕组产生的电枢磁场随时间正弦变化，和永磁体产生的磁场同步旋转变化，这样定转子形成的旋转磁场相互作用，实现机电能量转换。所开定子半圆形轻量化槽以及转子不规则轻量化槽不影响电机的电磁特性，保证了相同运行条件下，采取轻量化结构的电机产生的功率和未采取轻量化结构的电机基本一致，而轻量化结构的电机质量得到了有效的减小，相当于功率密度得到了提高，另一方面，采取轻量化不规则转子槽，能够提升电机运行过程中转子内部冷却空气的流速，有效的带走电机运行过程中产生的内部热，提高电机运行的可靠性。定子开半圆形槽的原理：转子上的磁感应强度分布随着转子的旋转运动是相对静止的，即永磁磁场和电枢磁场的合成磁场在电机转子上基本上是不改变的，因此，在转子上磁场强度为零或者转子铁心未被充分利用的区域可以开槽而不影响电机的输出力矩；但定子是静止的，随着转子的运动，定子上的磁场分布是随时间旋转变化的，若在某处开孔，会影响磁力线的走向，进而对磁场产生影响，但本专利技术的6槽8极结构设计，在相邻半闭口梨形槽之间的定子轭处的铁心恰好在整个运行周期中都处于未利用或磁密接近于零的状态，这就意味着对该部分进行开槽设计，对电机磁力线不会造成影响，同时，对电机的磁感应强度分布也不会造成影响，而该设计可以减轻电机质量，有效提升电机的功率密度。所述的定子轭1.3开半圆形槽3、转子轭2.1开不规则槽5，也可设置方形槽或其他多边形槽，前提是保证电机电磁特性不受影响，以上所述仅是本专利技术的优选实施方式。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻量化高功率密度永磁同步电机，其特征是，该电机包括轻量化定子(1)和轻量化转子(2)；其中，轻量化定子(1)的定子轭(1.3)上开有半圆形槽(3)，轻量化转子(2)的转子轭(2.1)中开有不规则槽(5)，采取的轻量化结构能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效减小电机质量，提升功率密度。

【技术特征摘要】
1.一种轻量化高功率密度永磁同步电机，其特征是，该电机包括轻量化定子(1)和轻量化转子(2)；其中，轻量化定子(1)的定子轭(1.3)上开有半圆形槽(3)，轻量化转子(2)的转子轭(2.1)中开有不规则槽(5)，采取的轻量化结构能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效减小电机质量，提升功率密度。2.根据权利1要求所述的轻量化高功率密度永磁同步电机，其特征是，所述的轻量化定子(1)设在轻量化转子(2)外部，轻量化定子(1)包括电枢绕组(1.1)、电枢铁心齿(1.2)、定子轭(1.3)和半闭口梨形槽(4)，半闭口梨形槽(4)位于轻量化定子(1)的圆周中，电枢绕组(1.1)放置于半闭口梨形槽(4)中，集中缠绕在电枢铁心齿(1.2)上，电枢铁心齿(1.2)设置在定子轭(1.3)与转子(2)之间，相邻半闭口梨形槽(4)之...

【专利技术属性】
技术研发人员：房淑华，刘欢，王海涛，阳辉，林鹤云，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32