[发明专利]高速永磁同步电机的自内冷转子

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及到一种高速永磁同步电机的转子结构。

背景技术

由于高速电机的转速高和功率密度大，因此高速电机的几何尺寸远小于同功率的中低频电机，成为电机领域的研究热点。目前，高速电机的应用领域越来越广泛，如高速磨床及其他加工机床、高速飞轮储能系统、天然气输送及污水处理中采用的高速离心压缩机和鼓风机等。近来，用于分布式供电系统的微型燃气轮机驱动高速发电机越来越受到人们的关注。永磁同步电机由于其结构简单、效率与功率密度高和无励磁损耗等优点，最适合用于高速电机。

图17为现有传统的高速永磁同步电机的结构。高速电机一般选用的稀土永磁体为烧结钕铁硼，不能承受大的拉应力，如果没有保护措施，永磁体无法承受转子高速旋转时产生的巨大离心力。保护永磁体的方法之一，是在永磁体外面加一高强度非导磁金属保护套，永磁体与护套间采用过盈配合。另外一种保护方法是采用碳纤维绑扎永磁体。采用非导磁金属护套的优点是能够对高速磁场起到一定的屏蔽作用，并能减小永磁体和转子轭中的高频附加损耗，同时导热性能较好，有利于永磁体的散热；其缺点是护套为导电体，会产生涡流损耗。碳纤维非金属护套的优点是不会在其中产生涡流，缺点是其对高频磁场没有屏蔽作用，高频磁场会在永磁体及转子轭中产生高频附加损耗。

由于定子铁心的齿槽结构造成的气隙不均匀和定子电流电枢反应磁场的谐波分量，将在永磁转子、转子护套和转子轭中产生较大的附加损耗。特别是定、转子表面由于高速旋转产生的风摩损耗在总损耗中所占有较大的比重。同时，由于电机的漏抗小，绕组电流谐波分量大，电机转子的高频损耗增加。

由于转子被温度较高的定子所包围，定转子之间的气隙小，气隙中空气的轴向流速低，使得转子的冷却困难，转子温升高、可靠性差，严重时，会引起永磁体的不可逆去磁。因此，在高速、高功率密度电机中，转子的冷却极为重要。

发明内容

为了解决现有高速永磁同步电机存在的转子冷却性能差、可靠性低等问题，本发明提出一种高速永磁同步电机的自内冷转子。

本发明的高速永磁同步电机的自内冷转子由永磁体、转轴和永磁体护套组成，所述转轴沿轴向分成轴端、轴肩和轴身三部分，轴身位于轴的中间位置，轴身的两端分别设置有两个轴肩，所述两个轴肩的两侧是两个轴端；轴肩的直径大于轴端的直径，轴肩的直径大于轴身的直径；其特征在于，所述自内冷转子的极数是2P，永磁体固定在轴身的外表面上，所述永磁体形成的主磁极的极弧系数小于82%，永磁体护套套在永磁体外，相邻两极永磁体的侧面以及位于所述两个侧面之间的轴身的外表面和永磁体护套的内表面之间形成轴向通风道，一共形成2P个轴向通风道，在每个轴肩上设置有2P个轴肩通风孔，每个轴肩通风孔与一个轴向通风道相连通。

本发明在保持转子励磁性能以及自身刚度的前提下，充分利用转子内空间形成轴向通风道，利用转子自身高速旋转形成轴向风压，使空气在转子轴向通风道内流动，直接冷却转子，通过流动空气带走永磁体与护套中的热量，降低转子温度，提高转子冷却性能和可靠性，延长电机寿命。

本发明的转子具有结构简单、实施容易、冷却效果好等优点，在高速永磁电机中具有良好的应用前景。

附图说明

图1是至图5是具体实施方式二所述的转子结构示意图，其中图1是永磁体护套3位于永磁体2外侧时的转子结构示意图。图2是图1的右视图。图3是永磁体护套3位于永磁体2和轴肩1-2外侧时的结构示意图。图4是图3右视图。图5是图3的A-A剖视图。图6是具体实施方式五所述的转子结构图，图7是图6的B-B剖视图。图8至图10和图12是具体实施方式三所述的转子结构。其中，图8是转子的极数是2、永磁体护套3只套在永磁体2外侧的结构示意图，图9是图8的D-D剖视图，图10是图8的E-E剖视图，图12是永磁体护套3同时套在永磁体和轴肩外部的情况时的转子结构示意图。图11是转子结构是具体实施方式五中所述的结构时，突8的E-E剖视图。图13是具体实施方式七所述的转子结构示意图，图14是图13的C-C剖视图。图15是具体实施方式十所述的转子结构示意图，图16是图15的F-F剖视图。图17是现有转子结构示意图。

具体实施方式