[发明专利]一种采用径向分层复合整体永磁外转子的高速发电机

说明书

一种采用径向分层复合整体永磁外转子的高速发电机，其特征在于：该高速电动机包括外转子和设置在外转子内的定子；定子设置在外转子的轴向通孔内，定子与外转子间留有间隙；该种结构能够有效减小电机转子内的热源，从根源上解决高速电机转子过热问题。同时该种结构保证了电机转子的均匀性、整体性和一致性，可以从机械上解决永磁体在高速旋转情况下受较大的拉应力而发生破碎的问题。

技术领域

本发明涉及一种采用径向分层复合整体永磁外转子的高速发电机。属于电机领域问题。

背景技术

高速永磁同步发电机由于功率密度大，转速高，电机体积远小于相同输出功率的中低转速电机，因此可以有效地节省材料；高速电机的尺寸小使得它有较小的转动惯量，具有较快的动态响应能力；又因高速电机可与原动机直接相连，省去了传统的机械变速装置，因而可以提高传统系统的效率，降低噪音。尤其是永磁发电机拥有力能密度高、结构简单、无励磁损耗和效率高等优点，特别适合用作中、小型高速电机。随着工业电气化的进程，用高速电机取代原来的柴油发动机作为动力源具有很多显著的优点，如提高了能源的使用效率，降低了环境的噪声等，高速永磁发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，在航空、船舶、混合动力汽车、高速磨床、储能飞轮以及分布式发电系统中具有广阔的发展前景。

高速永磁发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，定子铁心损耗很大，空气和转子表面的摩擦会给电机带来很大的损耗，同时对于高速永磁电机来说，转子永磁体的涡流损耗非常大，然而电机的转子散热困难，会造成电机转子的温升过高，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，因此减小电机转子的损耗成为高速永磁电机设计的核心问题之一。对于高速永磁电机来说，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永磁体采取保护措施。与内转子高速电机相比，外转子电机的直径大，高速旋转要承受的离心力更大，同时转子直接与其它结构配合，需要承受一定的压力载荷，因此对转子强度提出更高的要求。

发明内容

发明目的：本发明提出一种采用径向分层复合整体永磁外转子的高速发电机，其目的是解决以往的高速永磁电机在高速旋转情况下永磁体强度不够而发生破损问题以及转子涡流损耗大、散热困难造成永磁体不可逆退磁，严重影响电机的可靠性和运行寿命的问题，进而大大提高电机运行的可靠性。

技术方案：本发明采用以下技术方案：

一种采用径向分层复合整体永磁外转子的高速发电机，其特征在于：该高速电动机包括外转子和设置在外转子内的定子；定子设置在外转子的轴向通孔内，定子与外转子间留有间隙；

所述定子包括定子铁心和定子绕组；定子绕组设置在定子铁心的外侧壁上开有的定子槽内，定子槽的开口朝向外转子；

所述转子包括转子轭和三个混合永磁结构单元层；三个混合永磁结构单元层分为外永磁结构单元层、中永磁结构单元层和内永磁结构单元层；内永磁结构单元层、中永磁结构单元层和外永磁结构单元层由内向外依次连接设置，外永磁结构单元层设置在转子轭的通孔内壁上；

每个混合永磁结构单元层均由外部层的碳纤维或玻璃丝层与内部的混合永磁材料层构成；三个混合永磁结构单元层结合以后形成混合永磁材料层与碳纤维或玻璃丝层绑扎交替的结构，外永磁结构单元层的碳纤维或玻璃丝层连接转子轭的通孔内壁。该种新型混合永磁结构即为新型混合永磁材料与碳纤维交替绑扎，无论多少层后都是新型混合永磁材料面对定子绕组，然后在朝向定子绕组的层外添加一层碳纤维。

定子的两端还设置有绕组压板。（绕组压板采用绝缘导热材料，主要的作用是固定绕组两端的端部，同时该压板可以有效的进行绕组端部与定子进行之间的换热，有利于降低绕组端部的温升。）

在最内层的混合永磁单元内壁绑扎一层碳纤维，进而形成了混合永磁材料分层绑扎结构的外转子高速永磁电动机转子。