CN207782531U - 高压超高速永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机的技术领域，尤其是涉及一种高压超高速永磁同步电机。包括：转子、转子复合保护套、定子铁芯、定子绕组和机座；所述转子包括转轴和多对永磁体，多对所述永磁体沿所述转轴的周向依次排布，任意相邻的两个所述永磁体之间均固定连接；所述转子复合保护套包括碳纤维层和钢丝层；所述定子铁芯包括多个定子冲片，且多个所述定子冲片依次层叠成整体；所述定子绕组设置为成型绕组，并设置在所述定子铁芯的侧壁上；所述机座包括机座夹套。本实用新型解决了现有技术中存在的电机散热效果差，涡流损耗大、平衡盘已脱离或损坏以及易振动，成本高，体积大的技术问题。

Description

高压超高速永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及电机的技术领域，尤其是涉及一种高压超高速永磁同步电机。

背景技术

随着电力行业的发展，电动机在国内外的应用也越来越广泛，有些负载对转速有较高的要求，然而，增加电机的转速会对电机的性能有较高的要求，现有的电机性能难以达到这么高的要求。

首先，因高压超高速永磁同步电机相比于不同电机，高压超高速永磁同步电机产热增加，同时，现有电机上的定子屏蔽套是采用不锈钢材料制作的，造成定子屏蔽套产生的涡流损耗也较大，加工设备也较昂贵；其次，电机转速越高产生的热量就会越多，然而，现有的高速电机散热效果太差，考虑到电机温升的问题，现有的高速电机的转速仍不能达到所需的转速；再有，普通电机转子通常用焊接平衡块或者车削平衡盘的方法进行平衡，而高速电机转子线速度最高可达到 800m/s，焊接平衡块的焊缝强度无法承受如此高转速产生的离心力，而车削平衡盘会破坏平衡盘的稳定状态，降低平衡盘的疲劳极限，导致平衡盘损坏；此外，高压超高速永磁同步电机的绕组定子线圈端部过长，占用空间大，需要加长机座，因而轴刚度降低，易振动，且机构不紧凑，用铜量大，增加了成本。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高压超高速永磁同步电机，解决了现有技术中存在的电机散热效果差，涡流损耗大、平衡盘已脱离或损坏以及易振动，成本高，体积大的技术问题。

本实用新型提供的高压超高速永磁同步电机，包括：转子、转子复合保护套、定子铁芯、定子绕组和机座；

所述转子包括转轴和多对永磁体，多对所述永磁体沿所述转轴的周向依次排布，任意相邻的两个所述永磁体之间均固定连接；所述转子复合保护套包括碳纤维层和钢丝层，所述碳纤维层环绕在所述转子外，所述钢丝层环绕在所述碳纤维层外；

所述定子铁芯包括多个定子冲片，且多个所述定子冲片依次层叠成整体；所述定子绕组设置为成型绕组，并设置在所述定子铁芯的侧壁上；

所述机座包括机座夹套，所述机座夹套套设在所述定子铁芯的外部，所述机座夹套一侧设有进液管，所述进液管连通设置在套体内的进液环形通道，所述进液环形通道连通多个开设于所述套体的内侧壁进液口；所述机座夹套另一侧的内侧壁开设多个出液口，多个所述出液口分别连通设置在机座夹套内的出液环形通道，所述出液环形通道与螺旋通道连通，所述螺旋通道与所述机座夹套一侧的出液管连通；

所述转子的转轴上套设有平衡环，所述平衡环包括平衡盘和平衡柱，所述平衡盘套设在所述转子的转轴上，且所述平衡盘与所述转轴过盈配合；所述平衡盘上开设有与所述平衡柱配合的柱孔。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述定子绕组包括多个定子线圈，所述定子线圈设置为U型结构，能够沿定子铁芯长度方向***并贯通所述定子铁芯的侧壁上。

在上述任一技术方案中，进一步地，还包括定子屏蔽套，所述定子屏蔽套为玻璃钢材质或玻璃胚布材质；且所述定子屏蔽套与屏板固定连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述定子铁芯包括定子冲片，所述定子冲片为中心开设有通孔的圆形片状结构件；所述定子冲片的外边缘开设有多个开口朝外的外径槽，且多个所述外径槽沿所述定子冲片的外边缘依次排布；多个所述外径槽用于供冷却介质通过；每两个相邻所述外径槽之间形成外径齿；外径齿上设有过流通孔，所述过流通孔用于供冷却介质通过；所述定子冲片的内边缘处开设有多个内径槽；所述外径槽和所述内径槽对应设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述过流通孔包括至少三个圆孔，相邻两个所述圆孔重叠设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，其中一个所述外径齿上设有用于定位的标记槽。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述定子铁芯的两端设置有定子端板。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述定子铁芯、所述转子、所述定子绕组的端部和所述平衡环上均喷涂有石墨烯散热层。

在上述任一技术方案中，进一步地，还包括电连接器，所述电连接器位于所述机座的外壁。

在上述任一技术方案中，进一步地，还包括驱动端磁轴承和尾端磁轴承，所述驱动端磁轴承和所述尾端磁轴承用于支撑所述转子的两端。

相对于现有技术，本实用新型提供的高压超高速永磁同步电机具有如下优势：

本实用新型提供的高压超高速永磁同步电机，包括转子、转子复合保护套、定子铁芯、定子绕组和机座；转子包括转轴和多对永磁体，多对永磁体沿转轴的周向依次排布，任意相邻的两个永磁体之间均固定连接；转子复合保护套包括碳纤维层和钢丝层，碳纤维层环绕在转子外，钢丝层环绕在碳纤维层外；定子铁芯包括多个定子冲片，且多个定子冲片依次层叠成整体；定子绕组包括多组绕组，绕组设置为成型绕组，并设置在定子铁芯的侧壁上；机座包括机座夹套，机座夹套套设在定子铁芯的外部，机座夹套一侧设有进液管，进液管连通设置在套体内的进液环形通道，进液环形通道连通多个开设于套体的内侧壁进液口；机座夹套另一侧的内侧壁开设多个出液口，多个出液口分别连通设置在机座夹套内的出液环形通道，出液环形通道与螺旋通道连通，螺旋通道与机座夹套一侧的出液管连通；转子的转轴上套设有平衡环，平衡环包括平衡盘和平衡柱，平衡盘套设在转子的转轴上，且平衡盘与转轴过盈配合；平衡盘上开设有与平衡柱配合的柱孔。

分析上述结构的具体连接方式和位置关系可知：任意相邻的两个永磁体之间相互固定连接，以实现相互之间的位置限定，将多对永磁体沿转轴的周向依次排布，能实现平行充磁，使得每个永磁体的外表面会产生面积较小的旋涡，可以有效的降低空间谐波分量在转子中产生的涡流损耗，缓解涡流损耗过大的问题，减少了发热量，提高电动机效率和稳定性；转子复合保护套上的钢丝层能导通高次谐波，进一步缓解了定子产生的高次谐波对转子的影响，减少转子发热产生的热量，碳纤维层能保护永磁体，还有利于转子的散热。

机座夹套的设置，是将定子设于机座夹套内部，冷却液从位于机座夹套一侧的进液管进入进液环形通道，通过进液口进入腔体冷却液在压力作用下，在机座夹套和电机之间的空隙沿机座夹套的轴线方向流动，流动至机座夹套另一侧，且从出液口流人出液环形通道，从出液环形通道流入出液管，从出液管排出。机座夹套实现了对套设于机座夹套内的定子铁芯的两次冷却。第一次冷却过程中，由于进液口和出液口分别位于机座夹套沿轴线方向的两端，出液口和出液管分别位于机座夹套沿轴线方向的两端，因而对定子的两次冷却过程均有效，且实现了对定子的全面冷却，提高了冷却面积，提高了对超高速永磁同步电机的冷却效果。通过对冷却液的进液进行分流从而实现对电机沿周向方向的全面冷却，进一步提高了冷却效果。

转轴和平衡盘过盈配合，使得转轴转动时，平衡盘随之转动；当转子不平衡时，即转轴的重心偏离转轴的轴线，例如，转轴的重心相对转轴的轴线向第一方向偏离而产生震动，将平衡盘上的柱孔(或其中一个柱孔)设置于转轴轴线的第二方向(其中，第一方向和第二方向相反)，向柱孔内插设平衡柱，以增加转轴在第二方向的重量，用以平衡转轴中心向第一方向的偏移，实现了转子动平衡，有效缓解了因焊接和车削引起的转子强度降低的问题。

因此，本实用新型提供的提供的高压超高速永磁同步电机具有散热效果好，涡流损耗小、转子强度更高，成本低和体积小的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的高压超高速永磁同步电机的剖面图；

图2为本实用新型实施例提供的高压超高速永磁同步电机的侧视图；

图3为本实用新型实施例提供的高压超高速永磁同步电机的转子的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的高压超高速永磁同步电机的平衡环的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的高压超高速永磁同步电机的定子冲片的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的高压超高速永磁同步电机的机座夹套的结构示意图。

图标：

100-机座；101-机座夹套；1011-进液口；1012-进液环形通道； 1013-进液管；1014-出液管；1015-螺旋通道；1016-出液环形通道； 1017-出液口；200-驱动端磁轴承；300-屏板；400-定子屏蔽套；500- 定子铁芯；501-定子冲片；5011-内径槽；5012-外径槽；5013-外径齿；50131-过流通孔；50132-标记槽；600-定子端板；700-定子线圈； 800-尾端磁轴承；900-转轴；1000-永磁体；1100-平衡环；1101-平衡柱；1200-电连接器；1300-底架。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例

如图1-图6所示，本实施例提供的高压超高速永磁同步电机，包括：转子、转子复合保护套、定子铁芯500、定子绕组和机座100；

转子包括转轴900和多对永磁体1000，多对永磁体1000沿转轴 900的周向依次排布，任意相邻的两个永磁体1000之间均固定连接；转子复合保护套包括碳纤维层和钢丝层，碳纤维层环绕在转子外，钢丝层环绕在碳纤维层外；其中转子复合保护套设置在转子外部，用于保护转子；

定子铁芯包括多个定子冲片501，且多个定子冲片501依次层叠成整体；定子绕组设置为成型绕组，并设置在定子铁芯的侧壁上；需要说明的是，定子绕组设置在定子铁芯的背部，形成背绕式绕组(即定子绕组的缠绕方式为穿过定子铁芯的内径再到定子铁芯的外径缠绕定子铁芯)；

机座100包括机座夹套101，机座夹套101套设在定子铁芯500 的外部，机座夹套101一侧设有进液管1013，进液管1013连通设置在套体内的进液环形通道1012，进液环形通道1012连通多个开设于套体的内侧壁进液口1011；机座夹套101另一侧的内侧壁开设多个出液口1017，多个出液口1017分别连通设置在机座夹套101内的出液环形通道1016，出液环形通道1016与螺旋通道1015连通，螺旋通道1015与机座夹套101一侧的出液管1014连通；

转子的转轴900上套设有平衡环1100，平衡环1100包括平衡盘和平衡柱1101，平衡盘套设在转子的转轴900上，且平衡盘与转轴 900过盈配合；平衡盘上开设有与平衡柱1101配合的柱孔。

分析上述结构的具体连接方式和位置关系可知：任意相邻的两个永磁体1000之间相互固定连接，以实现相互之间的位置限定，将多对永磁体1000沿转轴900的周向依次排布，能实现平行充磁，使得每个永磁体1000的外表面会产生面积较小的旋涡，可以有效的降低空间谐波分量在转子中产生的涡流损耗，缓解涡流损耗过大的问题，减少了发热量，提高电动机效率和稳定性；转子复合保护套上的钢丝层能导通高次谐波，进一步缓解了定子产生的高次谐波对转子的影响，减少转子发热产生的热量，碳纤维层能保护永磁体1000，还有利于转子的散热。

机座夹套101的设置，是将定子设于机座夹套101内部，冷却液从位于机座夹套101一侧的进液管1013进入进液环形通道1012，通过进液口1011进入腔体冷却液在压力作用下，在机座夹套101和电机之间的空隙沿机座夹套101的轴线方向流动，流动至机座夹套101另一侧，且从出液口1017流人出液环形通道1016，从出液环形通道 1016流入出液管1014，从出液管1014排出。机座夹套101实现了对套设于机座夹套101内的定子铁芯500的两次冷却。第一次冷却过程中，由于进液口1011和出液口1017分别位于机座夹套101沿轴线方向的两端，出液口1017和出液管1014分别位于机座夹套101沿轴线方向的两端，因而对定子的两次冷却过程均有效，且实现了对定子的全面冷却，提高了冷却面积，提高了对超高速永磁同步电机的冷却效果。通过对冷却液的进液进行分流从而实现对电机沿周向方向的全面冷却，进一步提高了冷却效果。

转轴900和平衡盘过盈配合，使得转轴900转动时，平衡盘随之转动；当转子不平衡时，即转轴900的重心偏离转轴900的轴线，例如，转轴900的重心相对转轴900的轴线向第一方向偏离而产生震动，将平衡盘上的柱孔(或其中一个柱孔)设置于转轴900轴线的第二方向(其中，第一方向和第二方向相反)，向柱孔内插设平衡柱1101，以增加转轴900在第二方向的重量，用以平衡转轴900中心向第一方向的偏移，实现了转子动平衡，有效缓解了因焊接和车削引起的转子强度降低的问题。

因此，本实用新型提供的提供的高压超高速永磁同步电机具有散热效果好，涡流损耗小、转子强度更高，成本低和体积小的优势。

本实施例中，定子绕组包括多个定子线圈700，定子线圈700设置为U型结构，能够沿定子铁芯长度方向***并贯通定子铁芯的侧壁上。能够减小定子铁芯500端部的占用空间，增大电机轴向距离，提高转子的临界转速，提高电机的功率密度。

具体的，还包括定子屏蔽套400，定子屏蔽套400为玻璃钢材质或玻璃胚布材质；且定子屏蔽套400与屏板300固定连接。需要说明的是，将定子屏蔽套400糊制在定子铁芯500的内表面，可使得定子屏蔽套400与定子铁芯500合成一个整体，能有效的对定子铁芯500的内腔进行密封，同时提高了定子屏蔽套400的抗压能力，由于玻璃钢和玻璃胚布均属于绝缘材料，可大大降低定子屏蔽套400中的涡流损耗，减少热量的产生，提高了电机效率。

进一步地，定子铁芯500的两端设置有定子端板600。

需要说明的是，定子铁芯500、转子、定子绕组的端部和平衡环 1100上均喷涂有石墨烯散热层；石墨烯的导热系数达到3000～ 5000W/mK，高于碳纳米管和金刚石，是铜的数倍，将石墨烯喷涂在定子铁芯500、转子、定子绕组的端部和平衡环1100的表面，通过石墨烯的高导热性，将转子和定子铁芯500产生的热量迅速导出，以减少电机发热量，更好地控制电机的温升。

还需要说的是，机座100的底部还设置有底架1300。

在上述实施例基础之上，进一步地，定子铁芯500包括定子冲片 501，定子冲片501为中心开设有通孔的圆形片状结构件；定子冲片 501的外边缘开设有多个开口朝外的外径槽5012，且多个外径槽5012 沿定子冲片501的外边缘依次排布；多个外径槽5012用于供冷却介质通过；每两个相邻外径槽5012之间形成外径齿5013；外径齿5013 上设有过流通孔50131，过流通孔50131用于供冷却介质通过；定子冲片501的内边缘处开设有多个内径槽5011；外径槽5012和内径槽 5011对应设置。

具体的，过流通孔50131包括至少三个圆孔，相邻两个圆孔重叠设置。

进一步地，其中一个外径齿5013上设有用于定位的标记槽 50132。

需要说明的是，外径槽5012和内径槽5011对应设置，便于绕线。因定子铁芯500的外面包裹有机座100，故定子冲片501与机座100 在外径槽5012的位置会形成通道；又因定子铁芯500是用多个定子冲片501叠压而成的，故在电机运转时，可以向定子铁芯500的一端注入冷却介质，被注入的冷却介质能够穿过由定子冲片501上的外径槽5012与基座形成的通道，最终由定子铁芯500的另一端流出。每两个相邻外径槽5012之间形成外径齿5013，外径齿5013上设有过流通孔50131，过流通孔50131用于供冷却介质通过；向定子铁芯500 注入冷却介质，被注入的冷却介质能够依次穿过每个定子冲片501 上的过流通孔50131后流出；在此过程中，冷却介质能够更加充分地与定子铁芯500接触，进一步的加大冷却介质与定子铁芯500的接触面积，使得定子铁芯500上产生的热量能够更加及时地被冷却介质带出；进而能够较好地降低电机的温升，提高电机的性能。

在上述实施例基础之上，进一步地，还包括电连接器1200，电连接器1200位于机座100的外壁。

具体的，还包括驱动端磁轴承200和尾端磁轴承800，驱动端磁轴承200和尾端磁轴承800用于支撑转子的两端；以在减小转子转动时受到的摩擦。

综上，本实用新型实施例公开了一种高压超高速永磁同步电机，其克服了传统电机的诸多技术缺陷。本实用新型实施例提供的高压超高速永磁同步电机具有散热效果好，涡流损耗小、转子强度更高，成本低和体积小的优势；此时高压超高速永磁同步电机的电压可达 6kV～10kV，转速范围高达6000r/mi n～50000r/mi n，与传统异步机通过齿轮箱升速与负载连接***结构相比，高压超高速永磁同步电机与负载直联取消齿轮箱中间环节，大大降低了***损耗，***效率比传统异步机结构***效率增加约20％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高压超高速永磁同步电机，其特征在于，包括：转子、转子复合保护套、定子铁芯、定子绕组和机座；

所述转子包括转轴和多对永磁体，多对所述永磁体沿所述转轴的周向依次排布，任意相邻的两个所述永磁体之间均固定连接；所述转子复合保护套包括碳纤维层和钢丝层，所述碳纤维层环绕在所述转子外，所述钢丝层环绕在所述碳纤维层外；

所述定子铁芯包括多个定子冲片，且多个所述定子冲片依次层叠成整体；所述定子绕组设置为成型绕组，并设置在所述定子铁芯的侧壁上；

所述机座包括机座夹套，所述机座夹套套设在所述定子铁芯的外部，所述机座夹套一侧设有进液管，所述进液管连通设置在套体内的进液环形通道，所述进液环形通道连通多个开设于所述套体的内侧壁进液口；所述机座夹套另一侧的内侧壁开设多个出液口，多个所述出液口分别连通设置在机座夹套内的出液环形通道，所述出液环形通道与螺旋通道连通，所述螺旋通道与所述机座夹套一侧的出液管连通；

所述转子的转轴上套设有平衡环，所述平衡环包括平衡盘和平衡柱，所述平衡盘套设在所述转子的转轴上，且所述平衡盘与所述转轴过盈配合；所述平衡盘上开设有与所述平衡柱配合的柱孔。

2.根据权利要求1所述的高压超高速永磁同步电机，其特征在于，所述定子绕组包括多个定子线圈，所述定子线圈设置为U型结构，能够沿定子铁芯长度方向***并贯通所述定子铁芯的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的高压超高速永磁同步电机，其特征在于，还包括定子屏蔽套，所述定子屏蔽套为玻璃钢材质或玻璃胚布材质；且所述定子屏蔽套与屏板固定连接。

4.根据权利要求1所述的高压超高速永磁同步电机，其特征在于，所述定子铁芯包括定子冲片，所述定子冲片为中心开设有通孔的圆形片状结构件；所述定子冲片的外边缘开设有多个开口朝外的外径槽，且多个所述外径槽沿所述定子冲片的外边缘依次排布；多个所述外径槽用于供冷却介质通过；每两个相邻所述外径槽之间形成外径齿；外径齿上设有过流通孔，所述过流通孔用于供冷却介质通过；所述定子冲片的内边缘处开设有多个内径槽；所述外径槽和所述内径槽对应设置。

5.根据权利要求4所述的高压超高速永磁同步电机，其特征在于，所述过流通孔包括至少三个圆孔，相邻两个所述圆孔重叠设置。

6.根据权利要求4所述的高压超高速永磁同步电机，其特征在于，其中一个所述外径齿上设有用于定位的标记槽。

7.根据权利要求1所述的高压超高速永磁同步电机，其特征在于，所述定子铁芯的两端设置有定子端板。

8.根据权利要求1所述的高压超高速永磁同步电机，其特征在于，所述定子铁芯、所述转子、所述定子绕组的端部和所述平衡环上均喷涂有石墨烯散热层。

9.根据权利要求1所述的高压超高速永磁同步电机，其特征在于，还包括电连接器，所述电连接器位于所述机座的外壁。

10.根据权利要求1所述的高压超高速永磁同步电机，其特征在于，还包括驱动端磁轴承和尾端磁轴承，所述驱动端磁轴承和所述尾端磁轴承用于支撑所述转子的两端。