[发明专利]一种新型的30kW60000r/min高速永磁电机

说明书

技术领域

本发明属于永磁电机设计领域，尤其涉及一种新型的30kW 60000r/min 高速永磁电机设计。

背景技术

高速电机具有体积小、重量轻、效率高等优点，因而在高速动力机械中有广泛的应用前景，如高速电主轴、中央空调压缩机、微型燃气轮发电机等。高速电机可直驱高速负载，从而实现省去变速箱，可大大提高系统效率及系统可靠性。 由于永磁电机转子无需励磁，转子结构简单，并且转子温升较低等特点，尤其适合于在高速电机中应用。

高速永磁电机中，定子铁心中磁密及绕组中电流交变频率远远高于常规电机，因而在电磁设计上高速永磁电机与常规电机有很大的不同。同时，由于高速运行，转子结构、强度及模态成为了高速电机转子设计中必须考虑的因素。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种新型的30kW 60000r/min 高速永磁电机，该方法是基于对一个30kW，60000r/min的高速永磁电机进行了电磁及结构设计，并分析了电机中损耗的构成，最后通过实验测定了电机效率及温升。

本发明采用的技术方案是，一种新型的30kW 60000r/min 高速永磁电机，包括电机设计、高速永磁电机空载特性分析、高速永磁电机负载特性分析、负载实验分析。

所述的电机设计，为了减小定子谐波对于转子涡流损耗的影响，定子铁心槽数要在空间允许的情况尽可能多。同时由于额定电流频率较高，电机极数选择为2，因此绕组跨距较大。高速永磁电机转子是一个电磁、强度耦合性很强的一个问题。由于永磁体材料的特殊属性，其不可承受较大的拉应力，因此在永磁体的外侧需要高强度材料作为保护，在较小功率的高速永磁电机中，通常选择高强度不导磁的合金材料作为护套。护套与永磁体之间采用大过盈配合，保证永磁体在高速旋转条件下始终处于受压状态。

所述的高速永磁电机空载特性分析，当电机空载额定运行于60000r/min时，高速电机中各部分磁密值相比于低速电机要低得多。同时由于当前电机所采用的转子结构及定子绕组结构，电机三相反电动势波形正弦性非常好，相反电动势的峰值为284V。

所述的高速永磁电机负载特性分析，高速永磁电机需要由变频器驱动，由于电机频率较高，因此在控制上采用六步法进行电机控制。

所述的负载实验分析，高速永磁电机转速特别高，在测试电机性能时并没有类似于测功机的设备可作为高速永磁电机的负载，因此在测试其性能时大多采用电机对拖的测试形式。由于高速永磁电机体积较小，因此相对于低速永磁电机， 其损耗密度大大增加，因此在实验中采用了定子机壳水冷再加转子通风冷却的形式，其中转子通风冷却是通过外部鼓风机的鼓入的，气流通过定转子之间的间隙达到冷却电机定转子的作用。在实验中通过测量电动机输入功率、发电机输出功率可得到两台电机的总损耗。

本发明的有益效果是：本发明的新型30kW60000r/min 高速永磁电机设计，高速永磁电机具有旋转速度快、体积小、重量轻等优点，因而在越来越多的领域中得到了应用。与传统的配备增速箱的高速离心式负载相比，在高速永磁电机与离心式负载直接相连时，还可大大提高系统效率及可靠性。本文中设计了一个30kW60000r/min的高速永磁电机，该电机转子通过磁悬浮轴承进行支承。在设计过程中分析了电磁损耗的构成，并进行负载性能测试，具有良好的实用性，对高速永磁电机设计的研究具有一定的参考价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图 1 是本发明定转子结构图。

具体实施方式

如图所示，本发明的新型30kW60000r/min 高速永磁电机设计，包括电机设计、高速永磁电机空载特性分析、高速永磁电机负载特性分析、负载实验分析。

所述的电机设计，为了减小定子谐波对于转子涡流损耗的影响，定子铁心槽数要在空间允许的情况尽可能多。同时由于额定电流频率较高，电机极数选择为2，因此绕组跨距较大。高速永磁电机转子是一个电磁、强度耦合性很强的一个问题。由于永磁体材料的特殊属性，其不可承受较大的拉应力，因此在永磁体的外侧需要高强度材料作为保护，在较小功率的高速永磁电机中，通常选择高强度不导磁的合金材料作为护套。护套与永磁体之间采用大过盈配合，保证永磁体在高速旋转条件下始终处于受压状态。