[发明专利]高功率密度强制风冷高频永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及到一种高频永磁同步电机的结构。 

背景技术

由于高频电机的转速高和功率密度大，因此高频电机的几何尺寸远小于同功率的中低频电机，成为电机领域的研究热点。目前，高频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频发电机越来越受到人们的关注。永磁同步电机由于其结构简单、效率与功率密度高和无励磁损耗等优点，最适合用于高频电机。 

图8为现有传统的高频永磁同步电机的结构。高频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、转子表面由于高频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，使得整个高频电机的效率与功率密度低、定转子温升高、可靠性差，电机的冷却困难。 

发明内容

为了解决现有高频永磁同步电机存在的可靠性低、冷却性能差、电机定转子的高频损耗大、损耗分布不合理的问题，本发明提出一种高功率密度强制风冷高频永磁同步电机。 

本发明的高功率密度强制风冷高频永磁同步电机是内转子结构，它包括机壳、端盖、电枢部件、转子和转子支撑轴承，所述机壳上有冷却轴向通风道，所述；冷却轴向通风道沿机壳圆周方向均布，所述端盖上有轴向通风孔，并且所述机壳上的冷却轴向通风道的两 端与端盖上的轴向通风孔相对应；转子由永磁体、转轴以及永磁体护套组成；定子铁心内表面与永磁体护套外表面之间为气隙，所述冷却轴向通风道内固定有一个或多个轴向长条形散热筋，散热筋的径向高度与冷却轴向通风道径向高度之比为0.4～1.0。 

本发明的高功率密度强制风冷高频永磁同步电机采用强制风冷，结构上具有冷却定子与转子的双通风道，冷却效果好，电机的温升低、可靠性高、功率密度大；通过合理地设计定转子尺寸及绕组参数，可以有效地减小损耗、提高效率；通过在绕组中串入电抗器，可以减小绕组电流谐波分量，降低电机定转子的高频损耗。 

本发明的高功率密度强制风冷高频永磁同步电机既可以作为电动机应用，也可以作为发电机应用。 

附图说明

图1是具体实施方式二、三所述机壳的一种结构示意图，图2是与图1所示的机壳结构对应的端盖10的结构示意图。图3是具体实施方式四所示的电枢部件的结构示意图。图4是具体实施方式七所述的线圈缠绕示意图。图5是具体实施方式七所述的线圈在槽内的位置关系示意图。图6是有一个中性点的电枢绕组连接示意图。图7是有三个中性点的电枢绕组连接示意图。图8是绕组与电抗器的联结关系示意图。 

具体实施方式

具体实施方式一：一种高功率密度强制风冷高频永磁同步电机，它包括机壳、端盖10、电枢部件、转子和转子支撑轴承，其特征在于，所述机壳上有冷却轴向通风道23，所述；冷却轴向通风道23沿机壳圆周方向均布，所述端盖10上有轴向通风孔11，并且所述机壳上的冷却轴向通风道23的两端与端盖10上的轴向通风孔11相对应；转子由永磁体、转轴以及永磁体护套组成；定子铁心内表面与永磁体护套外表面之间为气隙。 

本实施方式中端盖上的轴向通风孔11的形状与机壳内的冷却轴向通风道23的横截面的形状相同，可以为扇形或圆形等。 

本实施方式中的同步电机的机壳内设置有通风道，增加了电机机壳的散热能力。