[实用新型]一种大功率高速永磁高频电机

说明书

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，涉及一种大功率高速永磁高频电机，该电机具有较高的可靠性，较好的散热系统，结构简单，转子强度高等特点，特别适合用作大功率的高速发电机和电动机。

背景技术

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，转子永磁体的涡流损耗也会很大，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1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。

发明内容

实用新型目的：本实用新型提供一种大功率高速永磁高频电机，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，同时防止了高次谐波进入永磁体产生附加损耗，避免永磁体在高温情况下发生严重失磁甚至不可逆退磁，致使电机无法可靠运行的现象。

本实用新型是一种四极的永磁同步电机，定子槽型采用矩形槽，每极每相槽数为分数槽，绕组采用双层短距绕组，散热系统采用风冷和水冷相结合的方式，风冷采用径向和轴向混合通风的冷却方式，水冷采用周向的两路并联的螺旋管道，电机转子采用面贴式永磁体，永磁体保护套采用质量轻强度高的非导磁导电的碳纤维保护套，并在碳纤维保护套的内侧缠有一层薄薄的玻璃丝纤维，同时在碳纤维护套中加入一定量的导电粉末，碳纤维保护套与永磁体在液氮冷却下采用过盈配合，通过电磁和机械结构设计，使高速永磁电机达到性能要求，并解决上述存在的问题。

技术方案：

一种风水混合冷却高速永磁电机，包括机壳和设置在机壳内的定子与转子，机壳的两端分别设置有左端盖和右端盖，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的两端，定子铁心的径向的中间设置有径向风道，径向风道同设置在转子外围的轴向内风道连通；在机壳上设置有出风口，在转轴的两端设置有外转子风扇，外转子风扇的外转子轴流风扇叶片与出风口对应并能将内风道出来的风引至出风口。

转子由转子铁心、永磁体及碳纤维护套组成，转子铁心两端焊接在转轴上，永磁体贴在转子铁心的外圆表面，碳纤维护套包在永磁体外围；永磁体在转子铁心的轴向分成多段，永磁体外缠有一层玻璃丝纤维，玻璃丝纤维与高强度的碳纤维共同组成保护套，并与永磁体过盈配合。

在液氮冷却下永磁体与碳纤维护套实现过盈装配，永磁体在机加工后与碳纤维护套装配前进行径向充磁。

外转子风扇包括外转子轴流风扇叶片、外转子电机转子、外转子电机轴套、外转子电机滚动轴承、外转子电机定子及外转子电机螺杆；外转子轴流风扇叶片设置在外转子电机转子上，外转子电机转子设置在外转子电机定子的外围，外转子电机转子与连接在转轴上的外转子电机轴套相连并同步旋转，外转子电机轴套与转轴间隙要求大于转子气隙的2倍，便于转子装配，外转子电机定子固定在外转子轴流风扇固定架上，外转子轴流风扇固定架固定在机壳上。

在碳纤维保护套4中设置有导电粉末。

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，定子槽的槽口上部留有内风道，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。

电机由高压变频驱动。