[发明专利]一种带复合护套的高速永磁电机转子结构

说明书

本发明公开了一种带复合护套的高速永磁电机转子结构，包括轴、转子、永磁体和复合护套，永磁体紧贴于转子表面；复合护套包括：集热层、非金属护套环、导热层和散热层，集热层位于护套的最内层，包裹永磁体；非金属护套环与导热层沿轴向间隔包绕在集热层外；所述散热层包裹在非金属护套环和导热层的外表面。利用本发明，解决了常见转子结构会有机械强度差、涡流损耗大或散热条件差等问题，在保证转子机械强度足够的基础上减小转子的发热与温升，提高高速永磁电机的运行可靠性。

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种带复合护套的高速永磁电机转子结构。

背景技术

电机是工业系统中的重要组成部分，性能优异的电机对于工业系统而言至关重要。高速电机相比一般转速电机具有功率密度高、可直接驱动高速负载的优点。高速永磁电机在具有高速电机优点的同时，还具有高效率、高功率因数等优点，因而具有广阔的应用前景。

表贴式高速永磁电机由于永磁体的机械强度不足，需要在其外加裹一层转子护套以防止运行时永磁体飞出或碎裂。因此表贴式高速永磁电机的转子自内而外一般包括转轴与转子铁心、永磁体、转子护套三层结构，如图1所示。

高速电机中定子电流不仅基频高，而且因逆变器开关频率有限，谐波含量高。定子电流谐波产生的磁场相对转子异步旋转，会导致转子磁场波动，引起转子涡流损耗发热，在高速运行时尤其严重。且高速电机转子几乎处于密闭空间，散热条件差，发热会引起明显的转子温升。转子过热易导致永磁体不可逆失磁，因此需要予以重视和解决。

转子护套一般分为导电的金属材料和不导电的非金属材料两种。当转子护套采用金属材料时，由于其导热性好，转子散热效果好，但由于其电导率高，其中的涡流损耗较大；当转子护套采用非金属材料时，由于其电导率小，其中的涡流损耗较小，但由于其导热性差，其散热效果也差。因此无论采用金属还是非金属材料的转子护套，都不能同时从抑制发热和改善散热两个方面解决转子的温升问题。

研究表明，在永磁体外表面包裹薄铜层可以屏蔽定子电流谐波磁场向铜层内的结构透入，减小转子的总涡流损耗。但是，若铜层过薄，则无法保证转子的机械强度，需再外加一层不导电的非金属护套，而非金属护套又阻碍了转子散热；若铜层过厚，虽然保证了转子机械强度，但铜层的涡流损耗会明显增加，引起转子过热。

发明内容

本发明提供了一种带复合护套的高速永磁电机转子结构，保留了薄铜层减小涡流损耗以及非金属护套机械强度高的优点，改善了转子的散热条件，应用该结构可以减小转子温升，提高高速永磁电机的运行可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种带复合护套的高速永磁电机转子结构，包括轴、转子、永磁体和复合护套，所述永磁体紧贴于转子表面；

所述复合护套包括：集热层、非金属护套环、导热层和散热层，所述集热层位于护套的最内层，包裹永磁体；所述非金属护套环与导热层沿轴向间隔包绕在集热层外；所述散热层包裹在非金属护套环和导热层的外表面。

集热层的作用是屏蔽谐波磁场以抑制损耗、集热使转子温度均匀，可采用铜等高导电、高导热材料。

非金属护套环包绕的作用是增强转子的机械强度，保护转子及内侧的集热层，抵抗离心力，高速运行时将永磁体和集热层紧紧束缚在转轴与转子铁心上，可采用碳素纤维、玻璃纤维材料等高机械强度材料。

导热层的作用是将非金属护套环以内结构发出的热量传导至散热层中，需具有高导热性和一定结构强度，一般采用与集热层相同的材料，如铜等高导电、高导热材料。

散热层的作用是将转子的热量更好地传导出去，为抑制损耗需具有很高或很低的导电性，并具有较好的机械强度，可采用铜薄层或石墨烯镀层。

如果转子损耗不大、发热不严重，那么依靠导热层的外表面已经足以将转子损耗所产生的热量导出到电机气隙中，因此可以省去散热层。