一种高速永磁电机制造技术

本发明专利技术公开了一种高速永磁电机，包括机壳、定子铁心和转子，机壳围绕定子铁心的外侧设置，定子铁心围绕转子设置，定子铁心由多个外齿、轭和多个内齿组成，其中每个外齿和每个内齿的对齐分布在轭的两侧，它们的一端位于轭上，外齿的另一末端邻近机壳，内齿的另一末端邻近转子，每两个相邻外齿之间形成外槽，每两个相邻内齿之间形成内槽，定子绕组线圈缠绕在轭上，其两端分别位于外槽和内槽中，并且定子绕组不填满外槽和内槽，使得外槽和内槽的剩余空间分别形成轴向外通风道和轴向内通风道，用于散热。本发明专利技术的高速永磁电机散热性能好，损耗小和发热量少。耗小和发热量少。耗小和发热量少。

【技术实现步骤摘要】
一种高速永磁电机


[0001]本专利技术涉及一种永磁电机，更具体地说，涉及一种高速永磁电机。

技术介绍

[0002]高速电机由于转速高，功率密度大，其结构尺寸远小于输出功率相同的中低速电机，可以有效地节约材料。高速电机可与原动机或负载直接相连，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效率。高速电机的应用领域越来越广泛，如高速磨床及其他加工机床，高速飞轮储能系统，天然气输送及污水处理中采用的高速离心压缩机和鼓风机，以及用于分布式供电系统的燃气轮机驱动高速发电机等。由于永磁电机具有力能密度大、效率高和无刷等优点，成为高速电机的主要结构形式。
[0003]然而，高速和高功率密度对于高速永磁电机的设计提出了新的课题：(1)高速旋转要求电机转子具有足够的强度和刚度。转子材料的强度特性限制了永磁转子的外径大小，而转子动力学特性对于刚度的要求则制约了转子的长度。在转子外径和铁心有效长度不变时如何缩短转子的长度满足转子动力学特性的要求，成为高速永磁电机设计的关键技术之一；(2)高功率密度的同时也给高速永磁电机带来了损耗密度的增大和散热面积的减小，如何减小转子损耗和采用有效散热方式以保证永磁转子不因过热发生失磁，是高速永磁电机设计的又一关键技术。
[0004]例如，现有技术，中国公告号CN 203086307 U公开了一种带有通风结构的永磁同步电机。为了解决转子和定子的散热问题，该专利采用的技术方案是“沿着转子转轴的轴向，永磁体之间设有非导磁材料挡板，用于固定永磁体的轴向位置，并且使轴向上的永磁体之间具有一定间隔，即使得轴向上被隔开的永磁体之间在径向上形成通风道；在永磁体之间的通风道的下方所对应的磁钢槽和隔磁套的相应位置，沿径向开设有与永磁体之间通风道贯通的径向通风孔；所述的转子转轴为空心转轴；所述空心转轴内部开设有两头贯通的轴向通风孔，沿该转轴的轴向还开设有多排径向通风孔，所述空心转轴的径向通风孔在转轴的轴向上每排等间距分布，在转轴的径向上每排等角度分布；所述空心转轴的轴向通风孔与其径向通风孔相通；并且，所述的隔磁套的径向通风孔与空心转轴的径向通风孔位置相对应且相连通；定子铁心上也开有贯通的径向通风孔，其位置与永磁体之间的通风道相对应。”以及“在转子两端面两侧分别安装风扇，并且转子两端的风扇的风向相对，在定子线圈两端部且在转子两侧风扇上方装有风罩，风罩固定连接在机座上。”。但是这种永磁同步电机的结构比较复杂，且不适合高速永磁电机。
[0005]本专利技术正是针对上述高速永磁电机设计的关键技术，提出的一种新的高速永磁电机定子铁心和绕组设计方案，并通过样机对其可行性和有效性进行了验证。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高速永磁电机，该高速永磁电机不但满足高速和高功率密度的要求，还具有散热性能优良的特点。为实现本专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方
案。
[0007]一种高速永磁电机，包括机壳、定子铁心和转子，该机壳围绕定子铁心的外侧设置，定子铁心围绕转子设置，定子铁心由多个外齿、轭和多个内齿组成，
[0008]其中每个外齿和每个内齿的对齐分布在轭的两侧，它们的一端位于轭上，外齿的另一末端邻近机壳，内齿的另一末端邻近转子，
[0009]每两个相邻外齿之间形成外槽，每两个相邻内齿之间形成内槽，
[0010]定子绕组线圈缠绕在轭上，其两端分别位于外槽和内槽中，并且定子绕组不填满外槽和内槽，使得外槽和内槽的剩余空间分别形成轴向外通风道和轴向内通风道，用于散热。
[0011]进一步地，上述轭的径向截面呈环形。
[0012]进一步地，每个外齿的径向横截面均呈T形，且面积相同，每个T形外齿与轭连接的一端横截面积小，邻近机壳的一端横截面积大。
[0013]进一步地，每个内齿的径向横截面均呈矩形，且面积相同。
[0014]进一步地，外齿与内齿的数目相等，并且外槽与内槽的数目相等。
[0015]进一步地，上述外齿的径向高度小于内齿的径向高度，并且外槽的径向深度小于内槽的径向深度。
[0016]进一步地，上述定子铁心为电工钢片叠压而成的一体结构。
[0017]进一步地，上述定子铁心为两极结构，三相绕组。
[0018]进一步地，上述转子包括固定在转子铁心上的永磁体、用于密封该永磁体的护套和将该转子铁心与转轴连接为一体紧固件。
[0019]进一步地，上述机壳还包括分别放置在高速永磁电机两端的左端盖和右端盖，左端盖和右端盖内设置有用于支撑转轴的左轴承和右轴承。
[0020]进一步地，上述机壳由具有良好导热性能的非导磁材料制成。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1.本专利技术的高速永磁电机采用背绕式定子绕组，位于不同槽的绕组线圈边之间的连接，不是通过定子铁心轴向的端部，而是径向的内、外槽之间的直接连接，这样大大缩短了传统电机定子绕组线圈轴向端部长度和高速电机转子的总长度，这对于增加高速电机转子的刚度十分重要。由于材料强度的限制，传统高速电机一般采用细而长的转子，同时为了减小定子铁心中的高频涡流和磁滞损耗，高速电机一般选用2极结构。传统高速电机的定子绕组连接方式使得绕组端部很长，故使本来细而长的转子还要加长，导致转子刚度和临界转速的降低，对于高速电机的稳定运行十分不利。本专利技术的高速永磁电机的定子采用背绕式绕组，可有效地解决这一难题。
[0023]2.高速电机的体积小和功率密度高，是因为电机的电磁功率与绕组的反电势成正比，进而与电机的转速成正比，当电机的功率和电压不变时，转速增高后绕组所需要的匝数与转速成反比地减少，因此高速电机是通过减少绕组匝数来缩小体积和获得高功率密度的。电机绕组的漏电感与绕组线圈匝数的平方成正比，绕组线圈匝数的减小导致高速电机具有很小的绕组漏电感。高速电机一般采用变频器供电，变频器输出电压中存在一系列高次谐波，由于绕组漏电感较小，对于高次谐波起不到滤波作用，致使高速电机绕组电流中存在较大的谐波分量，不仅在电机定子铁心和绕组中产生高频损耗，而且高次谐波磁场在永
磁转子中产生涡流损耗，成为转子损耗和发热的主要来源。为此，需要在变频器与高速电机之间外接滤波器。本专利技术的高速永磁电机的定子铁心采用径向内侧和外侧分别设置有内槽和外槽的定子铁心，绕组内外线圈边分别置于内槽和外槽中，并且绕组线圈的边缘不超过内槽和外槽的开口，即距离内槽和外槽的开口有一定的距离，为绕组电流产生的磁场提供一定的漏磁路径，从而增加了绕组的漏电感。这样本专利技术的绕组结构，有效地增大了绕组漏电感，取代外接滤波电抗器，对于定子绕组的高频谐波电流起到抑制作用，从而减小高速永磁转子的损耗和发热。
[0024]3.本专利技术的定子铁心通过定子绕组线圈不填满内槽和外槽，并且绕组线圈的边缘距离内槽和外槽的开口有一定距离，使得内槽和外槽未缠绕绕组线圈的部分形成了轴向通风道，解决了高速电机的定转子散热难题。传统高速电机中，由于转子的高速旋转，在高速电机转子上无法采取通风散热措施，转子产生的热量需要跨越气隙，经过定子铁心再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速永磁电机，包括机壳、定子铁心和转子，所述机壳围绕所述定子铁心的外侧设置，所述定子铁心围绕所述转子设置，其特征在于，所述定子铁心由多个外齿、轭和多个内齿组成，其中每个外齿和每个内齿的对齐分布在所述轭的两侧，它们的一端位于所述轭上，所述外齿的另一末端邻近所述机壳，所述内齿的另一末端邻近所述转子，每两个相邻外齿之间形成外槽，每两个相邻内齿之间形成内槽，定子绕组线圈缠绕在所述轭上，其两端分别位于所述外槽和所述内槽中，并且所述定子绕组不填满所述外槽和所述内槽，使得所述外槽和所述内槽的剩余空间分别形成轴向外通风道和轴向内通风道，用于散热。2.根据权利要求1所述的高速永磁电机，其特征在于，所述轭的径向截面呈环形。3.根据权利要求1所述的高速永磁电机，其特征在于，每个外齿的径向横截面均呈T形，且面积相同，每个T形外齿与所述轭连接的一端横截面积小，邻近所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤翔，
申请(专利权)人：上海同慈特种电机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：