[发明专利]采用磁粉与绑扎材料转子的高速发电机

说明书

采用磁粉与绑扎材料转子的高速发电机，其特征在于：该电动机包括机壳（1）、定子以及分层绑扎混合永磁转子，定子和转子均设置在机壳（1）内，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磁粉与绑扎材料转子的高速发电机。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。

发明内容

发明目的：本发明提出了一种采用磁粉与绑扎材料转子的高速发电机，其目的是解决以往的高速永磁电机转子涡流损耗大、散热困难造成永磁体不可逆退磁问题以及在高速旋转情况下永磁体强度不够而发生破损问题。

技术方案：本发明采用以下技术方案：

采用磁粉与绑扎材料转子的高速发电机，其特征在于：该电动机包括机壳、定子以及分层绑扎混合永磁转子，定子和转子均设置在机壳内，定子包括定子铁心和定子绕组，定子绕组设置在定子铁心内，转子轴向穿过定子且转子与定子之间留有供冷却气体通过的轴向内风道，定子两端的壳体上分别设置有风道入口和风道出口，风道入口通过轴向内风道连通风道出口；以使得转子冷却气体从风道入口经轴向内风道，最后从出口风道出去，完成对转子的冷却。

所述分层绑扎混合永磁转子包括转子铁心、转子外单元层、转子中单元层以及转子内单元层；转子内单元层设置在转子铁心外，转子中单元层设置在转子内单元层外，转子外单元层设置在转子中单元层外，转子外单元层外绑扎一层碳纤维，每个单元层均由内部层的碳纤维或玻璃丝层与外部的混合永磁材料层构成。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，然后在最外层添加一层碳纤维

定子铁心（4）设置有贯通轴向的供孔转子车穿过的孔，定子绕组（5）设置在定子铁心（4）的孔壁内。

定子的两端的两端还设置有绕组压板（3）。（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。）

混合永磁材料层（15）是由永磁材料磁粉与树脂混合而成的材料。（材料的混合方法是通过精确的有限元计算，根据电机运行所需的励磁，然后按照永磁材料磁粉与树脂1：1的比例进行混合，因为若比例过大，将大大影响混合后新型永磁材料的整体性，强度问题将难以保证，若比例过小，励磁将难以达到，这样将增加整体厚度，进而强度问题也被显现而出。）