[发明专利]大功率高速永磁同步电机转子

说明书

大功率高速永磁同步电机转子，属于电机技术领域。本发明的目的是为了解决现有大功率高速永磁同步电机存在的弱磁控制磁场调节范围小、转子永磁体固定防护困难、对永磁体施加的预应力调节难度大、转子涡流损耗大温升高的问题。本申请设计的转子结构，使得永磁体的安装固定、防护容易，并可利用护板或弓形板安装时的径向形变来调整作用于永磁体上的预应力；利用转子铁心齿与永磁体嵌放通槽周向相间结构，增大直轴电感以及弱磁控制磁场调节范围，减小转子涡流损耗，抑制转子温升，提高电机可靠性；端板还可作为转子阻尼系统的导电端环以及转子不平衡时的去重部件。它为大功率高速永磁同步电机的转子结构。

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及到大功率高速永磁同步电机的转子结构。

背景技术

由于高速电机的转速高、功率密度大，因此电机的几何尺寸远小于同功率的中低速电机，成为电机领域的研究热点。目前，高速电机的应用领域越来越广泛，如高速磨床及其它加工机床、高速飞轮储能系统、高速离心压缩机、鼓风机以及用于分布式供电系统的微型燃气轮机驱动高速发电机等。而永磁同步电机由于其具有结构简单、效率与功率密度高和无励磁损耗等优点，最适合用于高速电机。

图11为传统的高速永磁同步电机的定、转子结构。大功率高速永磁同步电机在高速旋转的条件下，转子会产生很大的离心力，考虑永磁材料的抗压强度较大而抗拉强度有限(一般≤80MPa)，主要通过在永磁体外表面安装护套，对永磁体施加预应力的方法来抵消高速离心力作用，对永磁体进行保护。保护永磁体的方法之一，是在永磁体外面加一高强度非磁性金属护套，永磁体与护套间采用过盈配合；另外保护方法是采用碳纤维绑扎永磁体。

采用高强度非磁性金属护套时，利用热胀冷缩的原理，通常需要将护套高温加热，使护套直径增大，然后套在永磁体外面，当温度降低时，护套直径减小，箍紧在永磁体上，产生预应力。但是，金属护套产生的涡流损耗大，转子温升高，永磁体容易产生高温退磁，且由于金属护套为非磁性材料，电机的等效气隙大、直轴电感小，弱磁控制磁场调节范围小、损耗高。同时，当电机的功率大时，转子的直径、轴向长度以及永磁体的尺寸大，永磁体安装及热套工艺复杂。碳纤维绑扎需要一边在永磁体外表面缠绕碳纤维，一边施加一定的预紧力，这种方法产生的预应力小，不能抵消高速离心力作用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有大功率高速永磁同步电机存在的弱磁控制磁场调节范围小、转子永磁体固定防护困难、对永磁体施加的预应力调节难度大、转子涡流损耗大温升高的问题，现提供大功率高速永磁同步电机转子。

第一种结构：

大功率高速永磁同步电机转子，所述永磁同步电机转子包括转子铁心、永磁铁、护板、端板和转轴，

转子铁心套在转轴上，且转子铁心与转轴为一体式结构；

转子铁心为圆柱形，在转子铁心表面沿轴向开有2nP个永磁体嵌放通槽，P为电机的极对数，n≥1，形成的铁心齿和永磁体嵌放通槽沿圆周方向依次交替排列；铁心齿齿顶宽度大于齿身宽度；

永磁体沿转子铁心的轴向分段安装在每个永磁体嵌放通槽中，永磁体为径向充磁或径向平行充磁，每极下n个相邻永磁体嵌放通槽中永磁体的充磁方向相同，不同极下永磁体嵌放通槽中永磁体的充磁方向相反；

护板采用高强度非磁性金属材料或非金属材料，护板为长条形，护板沿宽度方向为中间厚度大于左右两边厚度；护板安装在永磁体嵌放通槽中永磁体的径向外侧，护板的左右两边分别与左右两边的铁心齿齿顶贴合，每个永磁体嵌放通槽中都安装有一个护板；

端板为圆盘形，两个端板分别套设在转轴两端，并与转子铁心的铁心齿轴向端面接触。

优选地，铁心齿包括2P个宽铁心齿和2P(n-1)个窄铁心齿；宽铁心齿中心线与电机直轴轴线重合；宽铁心齿齿顶和窄铁心齿齿顶宽度均大于齿身宽度；每相邻两个宽铁心齿之间的n个永磁体嵌放通槽中永磁体的充磁方向相同，每个宽铁心齿相邻两侧永磁体嵌放通槽中永磁体的充磁方向相反；