[发明专利]高效率高速永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及到一种永磁同步电机的结构。

背景技术

由于高速电机的转速高和功率密度大，因此高速电机的几何尺寸远小于同功率的中低速电机，成为电机领域的研究热点。目前，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等。近来，用于分布式供电系统的微型燃气轮机驱动高速发电机越来越受到人们的关注。永磁电机由于其结构简单、力能密度高和无励磁损耗等优点，最适合用于高速电机。

图12和图13为现有传统的高速永磁同步电机的结构。高速电机一般选用的稀土永磁体为烧结钕铁硼，不能承受大的拉应力，如果没有保护措施，永磁体无法承受转子高速旋转时产生的巨大离心力。保护永磁体的方法之一，是在永磁体外面加一高强度非导磁金属保护套，永磁体与护套间采用过盈配合。另外一种保护方法是采用碳纤维绑扎永磁体。采用非导磁金属护套的优点是能够对高频磁场起到一定的屏蔽作用，并能减小永磁体和转子轭中的高频附加损耗，同时导热性能较好，有利于永磁体的散热；其缺点是护套为导电体，会产生涡流损耗。碳纤维非金属护套的优点是不会在其中产生涡流，缺点是其对高频磁场没有屏蔽作用，高频磁场会在永磁体及转子轭中产生高频附加损耗。

由于定子铁心的齿槽结构造成的气隙不均匀和定子电流电枢反应磁场的谐波分量，将在永磁转子、转子护套和转子轭中产生较大的附加损耗。特别是定、转子表面由于高速旋转产生的风摩损耗在总损耗中所占有较大的比重。同时，由于电机的漏抗小，绕组电流谐波分量大，电机定转子的高频损耗增加，而且因定子开槽引起的齿槽转矩大，电机的振动大、噪声高。使得整个高速电机的效率与可靠性低，电机的冷却困难。

发明内容

为了解决现有高速永磁同步电机存在的漏抗小、绕组电流谐波分量大、电机定转子的高频损耗大的问题，本发明提出一种高效率高速永磁同步电机。

本发明提供下述几种结构的高效率高速永磁同步电机是内转子结构，具体为：

一种高效率高速永磁同步电机包括定子、转子和气隙，转子由永磁体、永磁体护套及转轴构成，定子包括定子铁心与绕组，定子铁心为圆筒形，在所述定子铁心靠近其内壁侧，沿轴向开有多个齿槽通孔，所述齿槽通孔的底部与定子铁心内侧壁的最小径向厚度小于2mm，电枢绕组嵌入所述齿槽通孔内靠近轴心一侧，所述电枢绕组为集中短距绕组或分布式绕组，转轴和永磁体保护套的结构为下述三种的任意一种：

第一种：转轴的一端有轴肩，永磁体护套为圆筒形的金属护套，所述永磁体护套的一端的外径与轴肩外径相同，另一端具有内端环，所述内端环的内径等于转轴的外径；永磁体沿轴向粘贴于转轴的轴肩与内端环之间的转轴外表面上，所述永磁体护套与轴肩固定连接。

第二种：所述转轴的一端有轴肩，永磁体护套的外径与轴肩的外径相同；所述永磁体护套由左护套、中间护套和右护套组成，其中左护套的左端有内端环；中间护套的中间有内端环；右护套的右端有内端环；所有内端环的内径等于转轴的外径；永磁体沿轴向粘贴于转轴的外表面上，并且分别位于左护套的内端环的右侧、中间护套的内端环的两侧和右护套的内端环的左侧，所述左护套、中间护套、右护套和轴肩固定连接。

第三种：转轴的一端有轴肩，永磁体护套由四个金属圆筒组成，所述金属圆筒的左端带有内端环，所述内端环的内径与转轴直径相同，所述金属圆筒的外径与轴肩直径相同；永磁体沿轴向粘贴于转轴的外表面上，并且所述永磁体位于轴肩与金属圆筒的内端环之间，或者位于两个金属圆筒的内端环之间，四个金属圆筒之间、以及金属圆筒与轴肩固定连接为一体。

本发明还提供另一种高效率高速永磁同步电机，它是内转子结构，所述高效率高速永磁同步电机包括定子、转子和气隙，转子由永磁体、永磁体护套及转轴构成，定子包括定子铁心与绕组，定子铁心为圆筒形，在所述定子铁心靠近其内壁侧，沿轴向开有多个齿槽通孔，所述齿槽通孔的底部与定子铁心内侧壁的最小径向厚度小于2mm，电枢绕组嵌入所述齿槽通孔内靠近轴心一侧，所述电枢绕组为集中短距绕组或分布式绕组，所述定子铁心为分体式结构，所述定子铁心由轭部铁心和齿部铁心组成，所述轭部铁心和齿部铁心均为圆筒形，所述齿部铁心的外圆周面上，沿轴向开有与所述齿部铁心的中心轴线平行的多个齿槽，电枢绕组嵌放在所述齿槽中转子中的永磁体固定在转轴上，所述永磁体护套固定在永磁体外，转轴和永磁体保护套的结构为下述三种的任意一种：