[发明专利]一种减小内嵌式永磁电机转子涡流损耗的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机设备组件，特别涉及高速永磁电机永磁体。

背景技术

现代飞轮储能系统综合了先进的复合材料转子、磁悬浮轴承、高速电机以及功率电子技术，从而极大的提高了性能，广泛地运用于电网调频、孤岛电网调峰、车辆再生制动、电能质量治理、电网安全稳定运行等领域。

高速永磁电机具有控制性能好、能量转换效率高、易于高速运行、适应大范围的速度变化、结构简单、功率密度高、无励磁损耗、效率高、控制策略成熟等优点，适用于高速飞轮储能系统中。飞轮储能用永磁电机由于在高速高频的工况下运行，电机转子高速旋转时，由于转子散热条件有限，永磁体内涡流损耗的积累会导致转子温度升高。对于居里点较低、温度系数较大的钕铁硼材料，过高的温度会导致永磁体性能下降，影响电机的可靠性与稳定性。因此对如何减小高速永磁电机转子涡流损耗的研究对于进一步提升飞轮储能用高速永磁电机的可靠性有重要意义。

发明内容

为克服已有技术的缺陷，本发明提供了一种永磁体表面加入屏蔽铜层的方案，在不影响电机性能的基础上，能够减小高速永磁电机转子永磁体中的涡流损耗，优化转子整体损耗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：在内嵌式永磁体表面加入屏蔽层。在电机转子冲片制作过程中，永磁体插槽处应预留屏蔽铜板厚度，其厚度主要取决于进入转子磁场主要次谐波在屏蔽层内透入深度。铜板厚度过大不会增加对高次谐波抑制效果，反而会因冲片开槽过大影响机械强度；厚度过小屏蔽效果不明显，且会增加铜板加工难度。铜板大小应与轴向分段前永磁体表面大小相当，以完全覆盖永磁体。

本发明的有益效果是:1)永磁体表面加入铜板屏蔽层能够显著降低永磁体的涡流损耗，避免由涡流损耗引起的永磁体发热退磁现象，提高电机的性能指标。2)永磁体表面加入铜板屏蔽层不需要改变电机整体结构，制造工艺简单易行。

附图说明

图1为本发明加入屏蔽层后永磁电机转子轴向示意图

图2为本发明永磁电机转子磁钢与屏蔽层示意图

图1中：

1——铜板屏蔽层 2——永磁体

图2中：

1——铜板屏蔽层 2——永磁体 3——转子铁心

具体实施方式

图1所示为本发明通过永磁体表面外加铜板屏蔽层以较小永磁体损耗的示意图。由于高电导率材料铜中产生的涡流对高频磁场的屏蔽作用，永磁体内涡流损耗将极大减小。由麦克斯韦方程组可以得到，在不考虑位移电流的情况下，屏蔽层内二维涡流场的涡流密度方程如下：

式中，表示轴向上的涡流源电流的密度；表示磁势；σ表示材料的电导率；μ表示材料的磁导率。

屏蔽层中瞬时的涡流损耗如下所示：

式中，S表示涡流切面的面积；L表示电机轴的长度。

屏蔽层内磁通密度的谐波在永磁体内的穿透深度由谐波的频率、屏蔽层的磁导率和屏蔽层的电导率共同决定，本发明所涉及的屏蔽层厚度由谐波最大透入深度决定。由材料特性可知，铜的电导率为5.77×10⁷S/m，铜的磁导率为4π×10^-7H/m，穿透深度如下式所示：

其中，σ为材料电导率，μ材料磁导率，ω谐波角频率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。