[发明专利]一种新型高速永磁电动机

说明书

本发明公开了一种新型高速永磁电动机，高速电机具有功率密度大、尺寸小、响应快，可直接与高速机械设备连接等优点。我国对高速电机的研究大都停留在几十千瓦以下的小功率阶段，大功率高速电机的研究还属于起步阶段。高速永磁电机的供电频率和铁心交变频率约为普通电机的十多倍，导致基本电气损耗的较大增加，因此设电磁设计的重点。永磁电机因其高效率、高功率因数等特点成为高速电机研究设计的热点。本发明考虑包括材料选取、铁耗计算方法、转子结构和轴承选取等，设计出了一种新型高速永磁电动机，对大功率高速永磁电机的设计与发展具有一定的借鉴意义，具有良好的实用性。

技术领域

本发明属于永磁电机设计领域，尤其涉及一种新型高速永磁电动机。

背景技术

随着科技水平的发展，在储能飞轮、真空泵、高速磨床、压缩机、航空航天、舰载供电设备等各工业领域对高速电机的需求越来越大。我国对高速电机的研究大都停留在几十千瓦以下的小功率阶段，大功率高速电机的研究还属于起步阶段。高速永磁电机的供电频率和铁心交变频率约为普通电机的十多倍，导致基本电气损耗的较大增加，因此设电磁设计的重点。

对于高速永磁电机，烧结而成的永磁材料不能承受高速旋转产生的拉应力，必须对永磁体采取保护措施，同时为了避免转子弯曲共振的发生，必须准确预测转子系统的临界转速，因此转子强度的合理设计和动力学分析是高速电机设计的关键技术。高速电机体积小，损耗密度大，容易造成永磁体不可逆失磁，因此有效的散热和冷却方式，是高速电机设计中的一个重要问题。从以上可知，高速电机的设计是集电磁设计、转子强度设计、转子动力学分析以及冷却系统设计等多物理场综合设计的过程，必须每个关键技术都得到合理的解决方案，高速电机才能可靠安全运行。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种新型高速永磁电动机方法，高速电机具有功率密度大、尺寸小、响应快，可直接与高速机械设备连接等优点。永磁电机因其高效率、高功率因数等特点成为高速电机研究设计的热点。本发明考虑包 括材料选取、铁耗计算方法、转子结构和轴承选取等，设计出了一种新型高速永磁电动机。

本发明采用的技术方案是，一种新型高速永磁电动机设计方法，包括材料的选取、定子铁耗计算、转子结构、轴承选取。

所述的材料的选取，在成本许可的条件下，一般选择比较薄且比损耗较低的优质硅钢片；如果成本要求严格么可以考虑选用软磁复合材料。它采用粉末冶金技术制造，由表面绝缘的金属粉末颗粒组成，可以一步压制成具有复杂形状的不见，并且具有良好的各向同性磁性能。为了减小高速电机的尺寸，通常选择高性能的永磁材料，如烧结铝铁硼。

所述的定子铁耗计算，由于工作频率较高，定子铁耗要比铜耗大，一般永磁电机铁耗仍采用交流异步电机的方法。

所述的转子结构，从离心力的角度看，转子直径应该越小越好，但是也不能太小，除了转矩外，转子的谐振频率也直接与尺寸相关。从铁耗的角度看待极数的选择，极数少，工作频率低，但电机尺寸相应要比多极数的电机大一些，所以要根据转速的要求和铁心磁密大小来选择。所以在设计高速电机转子要进行准确 的电磁和机械计算，还应参考现有高速轴承产品的尺寸，转子的结构直接决定了气隙磁场的波形和大小。

所述的轴承选取，深沟球轴承和角接触球轴承属于滚动轴承，由于成本低及可靠性高被广泛用于高速场合。近年来工程陶瓷材料发展迅速，它具有耐磨、耐高温、耐腐蚀、无磁性、低密度、低膨胀系数及弹性模量大等特点。液体和气体润滑轴承都是基于流体润滑理论 ，利用液体或气体的弹性垫来起支撑作用。与滚动轴承相比，它无摩擦、效率高、寿命长，能适合更高的转速，但成本较高。磁悬浮轴承近年来得到了飞速的发展。它利用磁场力支撑物体，无摩擦、不需润滑，而且不受使用环境的限制，可以动态调节阻尼、刚度和平衡。