[发明专利]一种新型高速永磁发电机

说明书

本发明公开了一种新型永磁发电机，对一台微型燃气轮机驱动用于分布式供电系统的60000 r/min、75 kW的高速永磁发电机进行了结构设计，包括高速永磁发电机的定转子结构设计、高速永磁发电机的空载与负载特性、损耗计算、温升计算。然后基于场路耦合方法，分析高速永磁电机空载和负载特性，计算了电机的电磁与机械损耗，最后利用有限元法计算了高速电机内的温度场分布，具有良好的实用性，对高效永磁发电机的设计研究具有一定的参考价值。

技术领域

本发明属于电机设计领域，尤其涉及一种新型高速永磁发电机。

背景技术

由于转速高和功率密度大，高速电机的几何尺寸远小于同功率的中低速电机，成为电机领域的研究热点，其应用领域也越来越广泛，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。永磁电机由于其结构简单、力能密度高和无励磁损耗等优点，最适合用于高速电机。

高速电机的主要特点有 2 个：①转子的高速旋转，转速高达每分钟数万转甚至十几万转，圆周速度可达 200 m/s 以上；②定子绕组电流和铁心中磁通的高频率，一般在 1000 Hz 以上[8]。这些特点决定了高速电机的设计与传统电机设计有所不同。基于磁路分析的传统设计方法难以满足高速电机的设计要求，利用场路耦合方法可以准确地分析电机内的电磁场；而有限元方法也越来越广泛的用于电机内的温度场计算。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种新型高速永磁发电机，该方法是基于场路耦合有限元法分析了高速永磁同步发电机的空载和负载特性，计算了负载运行时电机的电磁与机械损耗，并进行了电机的温升场分析。计算的结果表明，高速永磁发电机的设计合理，电机性能能够满足设计要求。

本发明采用的技术方案是，一种新型告诉永磁发电机设计方法，包括高速永磁发电机的定转子结构设计、高速永磁发电机的空载与负载特性、损耗计算、温升计算。

所述的高速永磁发电机的定转子结构设计，从电磁和机械两个方面综合考虑，特别是从转子结构设计来看，采用 2 极方案比较有利，因此本设计中高速永磁电机采用 2极结构，根据永磁体抗压强度远大于抗拉强度的特点，护套和永磁体之间采用过盈配合，即对静态永磁体施加一定预压力，以抵消高速旋转时离心力产生的拉应力，使永磁体在转子高速旋转时始终承受适当的压应力；定子采用环形绕组，环形绕组的下边安放在定子铁心的 6 个槽中，而绕组的上边分别安放在定子轭部的24 个槽中。

所述的高速永磁发电机的空载与负载特性，基于场路耦合有限元法，分析计算了高速永磁发电机的空载与负载特性。

所述的损耗计算，作用是计算出定子损耗，定子绕组铜耗，转子表面的摩擦损耗，转子中的电磁损耗。

所述的温升计算，由于电机定、转子之间的气隙较小，所以定、转子表面的温度梯度是有限的。高速电机的转子散热条件较差，表面温度较高，因此首先对高速电机转子进行热分析；在已知定子损耗、定子表面散热系数及转子表面的温度的基础上，可计算定子的稳态温度分布。

本发明的有益效果是：本发明的新型永磁发电机设计方法，对一台微型燃气轮机驱动用于分布式供电系统的 60 000 r/min、 75 kW 的高速永磁发电机进行了结构设计，然后基于场路耦合方法，分析高速永磁电机空载和负载特性，计算了电机的电磁与机械损耗，最后利用有限元法计算了高速电机内的温度场分布，具有良好的实用性，对高效永磁发电机的设计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 是本发明电路原理框图。