[实用新型]整体永磁转子磁悬浮高速电机

说明书

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，涉及一种整体永磁转子磁悬浮高速电机。特别适合用作高速电动机和高速发电机。

背景技术

高速电机由于转速高，功率密度大，其几何尺寸远小于输出功率相同的中低速电机，可以有效地节约材料；高速电机可与原动机或负载直接相连，省去了传统的机械变速装置，因而可减小噪音和提高传动系统的效率。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，特别是用于分布式供电系统的微型燃气轮机驱动高速发电机更是受到人们的关注。一般的永磁电机转子，是由多块具有不同极性的永磁体贴在转子表面或者插入转子铁心内部，永磁体需要安装前充磁，不仅安装工艺复杂，而且难以保证转子沿圆周方向的质量均衡和对称，在高速旋转离心力作用下会产生应力分布的不均匀。由于材料强度的限制，高速电机一般采用细而长的转子，同时为了减小定子铁心中的高频涡流和磁滞损耗，高速电机一般选用2极或4极结构。采用传统绕组连接方式，绕组端部很长，故使本来细而长的转子还要加长，导致转子刚度和临界转速的降低，对于高速电机的稳定运行十分不利，特别是给磁悬浮轴承的控制带来很大困难。高速电机的转速高达每分钟数万转甚至十几万转，采用传统机械接触式轴承不仅损耗大而且寿命短。

由于永磁电机具有力能密度大、效率高和无刷等优点，成为高速电机的首选结构。然而，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，采用粉末原料烧结压制而成的永磁体抗拉强度较低，难以承受高速旋转离心力产生的巨大拉应力。用于中、低速运行的传统永磁电机结构与设计方法，不再适用于高速永磁电机。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，针对高速电机对永磁转子机械和电磁性能的特殊要求，本实用新型提供一种整体永磁转子磁悬浮高速电机。它是一种2极的同步电机，该电机采用了具有整体结构的永磁体，并采用非接触式磁悬浮轴承，通过改变电机结构达到其性能要求，并进行了样机的实验验证，证明了其可行性。

本实用新型的结构包括机壳、左端盖、右端盖、定子铁心、定子绕组、永磁转子、转轴、轴向磁悬浮轴承和左、右径向磁悬浮轴承，在电机转轴上安放有永磁转子，在机壳内壁上围绕永磁转子安放有定子铁心，定子绕组嵌入定子铁心槽中；左端盖和右端盖分别固定在定子铁心两侧的机壳两端；在转轴与右端盖之间安放有右径向磁悬浮轴承，在转轴与左端盖之间分别安放有左径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承，轴向磁悬浮轴承置于转轴端部，转轴的另一端通过连轴器与驱动机械连接。

永磁转子包括整体圆柱形结构的稀土永磁体、非导磁合金钢护套及紧固件；永磁体采用钐钴或钕铁硼材料，在永磁体的外侧置有高强度非导磁合金钢套，永磁体的两端分别固定有高强度非导磁合金钢紧固件，将永磁体、护套与转轴连接为一体；采用整个永磁转子加工装配之后再进行径向充磁的工艺方法。永磁体与护套之间为过盈配合。

定子绕组为环型绕组结构，即线圈边之间是通过定子铁心轭的外部连接。

左、右径向磁悬浮轴承为非接触式磁悬浮轴承，包括径向磁悬浮轴承转子和径向磁悬浮轴承的定子，径向磁悬浮轴承的定子分别固定在左端盖和右端盖上，径向磁悬浮轴承转子固定在转轴上，位于径向磁悬浮轴承定子内部。径向磁悬浮轴承的定子包括静止的定子铁心和励磁绕组。径向磁悬浮轴承类似于一台电机，通过控制定子励磁绕组中的电流，可以控制转子不同方向上所承受的径向电磁力实现转子悬浮。轴向磁悬浮轴承为非接触式磁悬浮轴承，包括轴向磁悬浮轴承支座、两个盘式轴向磁悬浮轴承定子和轴向磁悬浮轴承转子，两个盘式轴向磁悬浮轴承定子之间安装有轴向磁悬浮轴承转子，两盘式轴向磁悬浮轴承定子外侧固定有轴向磁悬浮轴承支座，轴向磁悬浮轴承支座固定在左端盖上，轴向磁悬浮轴承转子固定在转轴上。轴向磁悬浮轴承类似于一台双定子单转子的盘式电机，夹在两个盘式定子之间的导磁转子圆盘随高速电机同步旋转，通过分别控制左右定子盘中励磁绕组的电流，可以控制高速电机转子系统承受的轴向力。径向磁悬浮轴承转子和轴向磁悬浮轴承的转子均是由超薄低损耗电工钢片叠压而成，在转子上无槽和无绕组。

本实用新型的工作原理：当本实用新型作高速发电机运行时，转轴右端通过连轴器与驱动机械连接，被驱动机械拖动高速旋转的永磁转子产生的旋转磁场，在定子绕组中产生电动势，由定子绕组向外电路输出交流电能。当本实用新型作为电动机运行时，由变频交流电源向定子绕组供电驱动永磁转子高速旋转，通过转轴驱动负载机械旋转。

本实用新型的有益效果是：