[发明专利]一种轻量化高功率密度永磁同步电机

说明书

本发明公开了一种轻量化高功率密度永磁同步电机，该电机包括轻量化定子(1)和轻量化转子(2)；其中，轻量化定子(1)的定子轭(1.3)上开有半圆形槽(3)，轻量化转子(2)的转子轭(2.1)中开有不规则槽(5)，采取的轻量化结构能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效减小电机质量，提升功率密度。本发明在不影响电机电磁特性的前提下，通过定子(1)开半圆形槽(3)与转子(2)开不规则槽(5)，有效的实现了电机定子(1)和转子(2)的轻量化，提升了电机的功率密度，转子(2)开不规则槽(5)能增大转子(2)内的冷却空气流速，空气流速大能够有效带走电机转子(2)铁心的内部热量，更有利于提高电机电磁负荷，提升电机的功率密度，连接铁心(2.3)能够有效连接相邻转子轭(2.1)，提高电机的机械强度。

所属领域

本发明涉及一种永磁电机技术，属于高功率密度电机技术领域。

背景技术

高功率密度电机具有体积小、重量轻以及效率高的特点，被广泛应用在航空航天、潜艇等特殊应用场合。相比于感应电机和开关磁阻电机，永磁同步电机具有功率密度大、效率高的固有优点，且得益于钐钴耐高温永磁材料以及高性能软磁复合材料的发展，永磁同步电机的可靠性以及功率密度都有了较大的提升。

电机功率密度提升的主要途径：一是增大电机输出功率，另一个就是在保证电机输出功率的情况下，尽可能减小电机尺寸，减小电机质量。

对于增大输出功率的措施，一般采取较高的电负荷和磁负荷，较高的电负荷会导致电机铜损耗较大，较大的磁负荷会导致电机铁损耗较大，而损耗是产生温升的热源，为了降低电机温升，必须采取一定的冷却措施，如丰田Prius电机(2010)的水、乙二醇间接冷却、YASA公司的轴向磁通电机的油冷，这些冷却措施都会额外增加电机系统整体质量，不利于电机功率密度的提高，且航空等特殊应用场合，由于使用空间的限制，通常要求电机为自然通风冷却或轴向单端自扇冷却，强制冷却措施不适用，且航空应用对电机功率密度的要求往往更高，因此，电机散热与电机输出功率的提高存在矛盾；对于减小电机尺寸的措施，一般将电机额定转速设计的较高，但高速运行会导致电机供电频率提高，铁损相应增加，此外，高速运行的电机对转子机械强度有着较高的要求。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种轻量化高功率密度永磁同步电机，解决传统永磁电机的功率密度难以提升的问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种轻量化高功率密度永磁同步电机采用的技术方案是采用轻量化定子和轻量化转子；其中，轻量化定子的定子轭上开有半圆形槽(3)，轻量化转子的转子轭中开有不规则槽，采取的轻量化结构能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效减小电机质量，提升功率密度。

所述的轻量化定子设在轻量化转子外部，轻量化定子包括电枢绕组、电枢铁心齿、定子轭和半闭口梨形槽，半闭口梨形槽位于轻量化定子的圆周中，电枢绕组放置于半闭口梨形槽中，集中缠绕在电枢铁心齿上，电枢铁心齿设置在定子轭与转子之间，相邻半闭口梨形槽之间的定子轭上开半圆形槽，半圆形槽沿定子圆周均匀分布。

所述的轻量化转子包括转子轭、永磁体和连接铁心，转子轭上开有不规则槽，不规则槽沿转子圆周均匀分布。

所述的永磁体为表贴式钐钴永磁体，该永磁体紧贴转子轭外表面，与定子齿有间隙，周向均匀分布，采取径向充磁方式，相邻永磁体充磁方向相反。

所述的转子轭通过连接铁心连接，连接铁心设于相邻转子轭之间。

有益效果：

1、本电机通过轻量化开槽设计，在不影响电机电磁特性的前提下，有效的减小了电机质量，提升了电机的功率密度；

2、本电机的转子开不规则槽设计，不仅可以降低电机质量，还可以提高电机转子内部冷却空气的流速，有效带走电机运行过程中产生的热量，提升电机运行的可靠性；