CN104377859A - 高速永磁电机转子 - Google Patents

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王大朋
鞠孝伟
霍国亮
朱连成
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Abstract

本发明是一种高速永磁电机转子，包括转轴、转子铁心、永磁体、转子冷却通道，保护套。转子冷却通道开设在转轴中心处，在冷却通道内通入水或油等冷却介质，保护套为半导磁合金保护套，沿保护套外表面均匀开设螺旋槽，电机转子采用面贴式永磁体，保护套与永磁体采用过盈配合。转子铁心可以为低损耗的硅钢片材料，也可以为碳素钢材料，当为碳素钢材料时，可以与转轴采用一体化结构。本发明避免永磁体在高温情况下发生严重失磁甚至不可逆退磁，致使电机无法可靠运行的现象。

Description

高速永磁电机转子
技术领域
本发明属于电机技术领域，涉及一种高速永磁电机转子。
背景技术
高速电机由于转速高，功率密度大，体积小，可以有效地节约材料；由于转动惯量较小，所以动态响应较快；高速电机可与工作机或负载直接相连，省去了传统的机械变速装置，因而可减小噪音和提高传动***的效率。高速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，在高速磨床、空气循环制冷***、储能飞轮、高速离心压缩机、鼓风机、航空航天等具有广泛的应用前景。
永磁电机以其结构简单、力能密度高、无励磁损耗、效率高等优点，最适合于高速电机。高速高频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，空气和转子表面的摩擦会给电机带来很大的损耗，转子永磁体的涡流损耗也会很大，造成电机转子温升过高，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，因此电机的散热成为电机设计的核心问题之一。对于永磁电机来说，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其采取保护措施，转子设计及加工工艺也成为高速电机设计的难点之一。目前常用的转子结构为非到磁合金护套转子和非导磁导电碳纤维护套转子，非导磁合金护套转子会在转子很大的涡流损耗，碳纤维护套结构的导热系数很差，都会造成转子温升过高的问题。
发明内容
发明目的：本发明提供一种高速永磁电机转子，其目的是解决以往的高速永磁电机转子在高速旋转的情况下永磁体强度不够而易发生破损的问题以及转子涡流损耗大、热量难以散出、温升过高而严重影响电机可靠性和运行寿命的问题。
技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种高速永磁电机转子，其特征在于：包括转轴、转子铁心、永磁体和保护套，转子铁心套在转轴上永磁体套在转子铁心上，保护套套在永磁体上，在转轴内设置有转子冷却通道。
转子冷却通道开设在转轴中心处，在冷却通道内通入水或油等冷却介质。
保护套为半导磁合金保护套。
沿保护套外表面均匀开设螺旋槽。
保护套与永磁体采用过盈配合。
转子铁心为低损耗的硅钢片材料或碳素钢材料，当转子铁心为碳素钢材料时，其与转轴采用一体化结构。
优点及效果：本发明是一种高速永磁电机转子，包括转轴、转子铁心、永磁体、转子冷却通道，保护套。转子冷却通道开设在转轴中心处，在冷却通道内通入水或油等冷却介质，保护套为半导磁合金保护套，沿保护套外表面均匀开设螺旋槽，电机转子采用面贴式永磁体，保护套与永磁体采用过盈配合。转子铁心可以为低损耗的硅钢片材料，也可以为碳素钢材料，当为碳素钢材料时，可以与转轴采用一体化结构。本发明避免永磁体在高温情况下发生严重失磁甚至不可逆退磁，致使电机无法可靠运行的现象。
本发明的有益效果如下：
本发明的转子结构中保护套采用半导磁合金保护套，与目前常用的非导磁合金保护套和碳纤维保护套相比，由于保护套的半导磁作用，减小了气隙磁路，可以大大减小永磁体的厚度，从而有效的降低保护套的厚度，从而增加气隙长度，气隙长度的增加，不仅可以有效减小转子涡流损耗，还有利于增加气体中流体流量，更好的降低转子温度。在保护套外表面开设螺旋槽，螺旋槽的开设进一步减小了保护套厚度，而且可以阻断保护套中的涡流回路，从而降低了保护套中涡流损耗，且螺旋槽在高速旋转时，形成螺旋气流和气压，增加了气流的散热效果。在转子中心处开设冷却通道，由于转轴中心处半径较小，即使在转子高速旋转时，转子中心处的线速度也很小，因此在转子冷却通道内可以方便的通入水或油等冷却介质，保护套和永磁体中的涡流损耗，以及转子表面风摩耗，可以通过导热系数较大的转子铁心和转轴，把热量传输给冷却通道内的流体介质，从而带走转子热量，有效的降低转子温度，避免了高速电机转子热量难以散出和永磁体在高温情况下易发生不可逆退磁的问题。
该高速永磁电机转子具有较高的可靠性、较好的散热***和较低的涡流损耗，其具有结构简单和转子强度高等特点，特别适合用于高速永磁发电机和电动机。
附图说明：
图1为本发明的轴向截面图；
图2为本发明的保护套示意图；
图3为本发明的保护套三维立体图；
图中： 1.转轴，2.转子铁心，3.永磁体，4，保护套，5，螺旋槽，6.转子冷却通道。。
具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的描述：
如图1所示，本发明提供一种高速永磁电机转子，包括转轴1、转子铁心2、永磁体3和保护套4，转子铁心2套在转轴1上永磁体3套在转子铁心2上，保护套4套在永磁体3上，在转轴1内设置有转子冷却通道6。
转子冷却通道6开设在转轴1中心处，在冷却通道6内通入水或油等冷却介质。
保护套4为半导磁合金保护套。沿保护套4外表面均匀开设螺旋槽5。电机转子采用面贴式永磁体3，保护套4与永磁体3采用过盈配合。
转子铁心2为低损耗的硅钢片材料或碳素钢材料，当转子铁心2为碳素钢材料时，其与转轴1采用一体化结构。
本发明的转子结构中保护套4采用半导磁合金保护套，与目前常用的非导磁合金保护套和碳纤维保护套相比，由于保护套4的半导磁作用，减小了气隙磁路，可以大大减小永磁体3的厚度，从而有效的降低保护套4的厚度，从而增加气隙长度，气隙长度的增加，不仅可以有效减小转子涡流损耗，还有利于增加气体中流体流量，更好的降低转子温度。在保护套4外表面开设螺旋槽5，螺旋槽5的开设进一步减小了保护套4厚度，而且可以阻断保护套4中的涡流回路，从而降低了保护套4中涡流损耗，且螺旋槽5在高速旋转时，形成螺旋气流和气压，增加了气流的散热效果。在转轴1中心处开设冷却通道6，由于转轴中心1处半径远小于转子外径，即使在转子高速旋转时，转子中心处的线速度也很小，因此在转子冷却通道6内可以很方便的通入水或油等冷却介质；保护套4和永磁体3中的涡流损耗，以及转子表面风摩耗，可以通过导热系数较大的转子铁心2和转轴1，把热量传输给冷却通道内的流体介质，从而带走转子热量，有效的降低转子温度，避免了高速电机转子热量难以散出和永磁体3在高温情况下易发生不可逆退磁的问题。

Claims (6)

1.一种高速永磁电机转子，其特征在于：包括转轴（1）、转子铁心（2）、永磁体（3）和保护套（4），转子铁心（2）套在转轴（1）上永磁体（3）套在转子铁心（2）上，保护套（4）套在永磁体（3）上，在转轴（1）内设置有转子冷却通道（6）。
2.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子，其特征在于：转子冷却通道（6）开设在转轴（1）中心处，在冷却通道（6）内通入水或油等冷却介质。
3.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子，其特征在于：保护套（4）为半导磁合金保护套。
4.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子，其特征在于：沿保护套（4）外表面均匀开设螺旋槽（5）。
5.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子，其特征在于：保护套（4）与永磁体（3）采用过盈配合。
6.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子，其特征在于：转子铁心（2）为低损耗的硅钢片材料或碳素钢材料，当转子铁心（2）为碳素钢材料时，其与转轴（1）采用一体化结构。
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