CN112564423B - 一种超高速大功率永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高速大功率永磁同步电机，包括电机外壳和输水装置，所述电机外壳的外侧壁设有底座，所述电机外壳内壁设有多个定子铁芯，多个所述定子铁芯大角度倾斜，多个所述定子铁芯相互叠加，每个所述定子铁芯上设有定子绕组，所述电机外壳转动连接有转子。本发明的优点在于，电机的定子采用高磁导率硅钢片材料，结合特制工装将电机定子槽型进行大角度扭斜叠装，进一步减小了电机的齿槽转矩和转矩脉动；绕组方式也采用一种特殊的嵌线方法进行了优化，有效的降低了高频谐波的集中出现；转子方面采用磁钢外置式设计，将高磁能积磁钢直接嵌入转轴，既满足了电磁设计需求，同时不增加转子直径还保证了转子的结构强度。

Description

一种超高速大功率永磁同步电机

技术领域

本发明涉及大功率电机技术领域，尤其涉及一种超高速大功率永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、重量轻、效率高、功率密度高等特点，并且与感应式交流电机相比，永磁同步电机的工作电压可以相对较低。基于这些特性，永磁同步电机获得了越来越广阔的应用。近年来人们正探索在一些大型工程机械上使用永磁同步电机，以提高工程机械的性能，满足特殊的工程需求。

现有市场上的高速永磁电机大都转速只能到60000rpm~75000rpm，功率范围也只有7KW ~10KW，这个现有的电机设计存在功率无法更大，转速无法更高，限制了很多超高速行业需求，超高速大功率永磁同步电机的设计难点分为：

1、超高速大功率永磁同步电机属于高速高频电机，运行频率基本达到2000~2500Hz，在这种高频环境下，电磁设计极为重要，如果设计不合理，电机的高频谐波及高频涡流损耗非常大，会造成电机严重发热，高频振动无法避免，造成电机运转寿命严重不足，可能几分钟都坚持不了，电机的线圈就由于温度过高烧毁，电机永磁体也会由于高温或高频振动而发生不可逆失磁。

2、超高速电机由于转速超高，转子表面线速度会达到160~170m/S，对转子的轴系设计及转子结构强度设计是一个严格考验，在这种超高速环境中，轴系或结构上如果有瑕疵或不足，整个电机基本就是瞬间报废。

为此，我们提出一种超高速大功率永磁同步电机来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中电机转速低和线圈温度高容易烧毁电机等问题，而提出的一种超高速大功率永磁同步电机。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种超高速大功率永磁同步电机，包括电机外壳和输水装置，所述电机外壳的外侧壁设有底座，所述电机外壳内壁设有多个定子铁芯，多个所述定子铁芯大角度倾斜，多个所述定子铁芯相互叠加，每个所述定子铁芯上设有定子绕组，所述电机外壳转动连接有转子，所述电机外壳内壁固定连接有前端盖，所述前端盖与转子转动连接，所述转子伸出电机外壳的一端设有输出头，所述转子伸入电机外壳内的侧壁嵌入多个与定子绕组匹配的磁钢，所述电机外壳远离输出头的一端开设有开口，所述输水装置靠近开口的侧壁固定连接有与开口匹配的固定块，所述固定块侧壁固定连接有散热网，所述转子远离输出头的一端与固定块转动连接，所述固定块靠近转子的侧壁固定连接有固定板，所述转子靠近固定块的侧壁固定连接有第一齿轮，所述固定板靠近第一齿轮的侧壁转动连接有多个与第一齿轮匹配的行星齿轮，多个所述行星齿轮转动连接有齿环，所述齿环固定连接有转筒，所述转筒靠近固定块的侧壁通过多个支杆固定连接有扇叶。

优选的，所述转筒内开设有进水室和出水室，所述进水室和出水室通过多个竖管连通。

优选的，所述转筒靠近固定块的一端密封连接有进水管和出水管，所述进水管与进水室密封连接，所述出水管与出水室密封连接。

优选的，所述进水管和所述出水管从开口处伸出电机外壳，所述输水装置靠近电机外壳的侧壁转动密封连接有转环，所述进水管与出水管与转环密封连接。

优选的，所述输水装置设有供水室和吸水室，所述供水室的水压大于吸水室的水压。

优选的，所述输水装置靠近电机外壳的内侧壁转动密封连接有转盘，所述进水管与所述出水管贯穿转盘。

优选的，所述进水管与所述出水管伸入输水装置的一端设有单向阀，所述进水管与所述出水管与电机外壳转动连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、电机定子采用高磁导率硅钢片材料，结合特制工装将电机定子槽型将定子绕组进行大角度扭斜叠装，进一步减小了电机的齿槽转矩和转矩脉动；绕组方式也采用一种特殊的嵌线方法进行了优化，有效的降低了高频谐波的集中出现，降低电机的发热量，延长电机的使用寿命；

2、转子方面采用磁钢外置式设计，将高磁能积磁钢直接嵌入转轴，既满足了电磁设计需求，同时不增加转子直径还保证了转子的结构强度，使电机超高速稳定运行，电机效率高；

3、通过输水装置和转筒等结构可以对电机内的线圈进行降温，防止电机温度过高导致磁钢产生不可逆性的退磁，保证超高速电机的效率，避免电机被烧坏，进一步延长了电机的使用寿命，扇叶则可以加快电机壳体内的气流循环，保证电机的散热效果。

附图说明

图1为本发明提出的一种超高速大功率永磁同步电机的结构示意图；

图2为图1中A处的结构示意图；

图3为本发明提出的一种超高速大功率永磁同步电机的截面结构示意图；

图4为本发明提出的一种超高速大功率永磁同步电机定子绕组的结构示意图。

图中：1电机外壳、2定子铁芯、3转子、4定子绕组、5磁钢、6前端盖、7输出头、8底座、9输水装置、10固定块、11固定板、12行星齿轮、13第一齿轮、14齿环、15转筒、16进水管、17出水管、18供水室、19吸水室、20竖管、21扇叶、22散热网、23转环、24转盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-4，一种超高速大功率永磁同步电机，包括电机外壳1和输水装置9，电机外壳1的外侧壁设有底座8，电机外壳1内壁设有多个定子铁芯2，多个定子铁芯2大角度倾斜，多个定子铁芯2相互叠加，每个定子铁芯2上设有定子绕组4，电机外壳1转动连接有转子3，电机外壳1内壁固定连接有前端盖6，前端盖6与转子3转动连接，转子3伸出电机外壳1的一端设有输出头7，转子3伸入电机外壳1内的侧壁嵌入多个与定子绕组4匹配的磁钢5，电机定子采用高磁导率硅钢片材料，结合特制工装将电机定子槽型将定子绕组4进行大角度扭斜叠装，进一步减小了电机的齿槽转矩和转矩脉动；绕组方式也采用一种特殊的嵌线方法进行了优化，有效的降低了高频谐波的集中出现，降低电机的发热量，延长电机的使用寿命，转子3方面采用磁钢5外置式设计，将高磁能积磁钢5直接嵌入转轴，既满足了电磁设计需求，同时不增加转子3直径还保证了转子3的结构强度，使电机超高速稳定运行，电机效率高；

电机外壳1远离输出头7的一端开设有开口，输水装置9靠近开口的侧壁固定连接有与开口匹配的固定块10，固定块10侧壁固定连接有散热网22，转子3远离输出头7的一端与固定块10转动连接，固定块10靠近转子3的侧壁固定连接有固定板11，转子3靠近固定块10的侧壁固定连接有第一齿轮13，固定板11靠近第一齿轮13的侧壁转动连接有多个与第一齿轮13匹配的行星齿轮12，多个行星齿轮12转动连接有齿环14，齿环14固定连接有转筒15，转筒15靠近固定块10的侧壁通过多个支杆固定连接有扇叶21，扇叶21则可以加快电机壳体内的气流循环，保证电机的散热效果，转筒15内开设有进水室和出水室，进水室和出水室通过多个竖管20连通，转筒15靠近固定块10的一端密封连接有进水管16和出水管17，进水管16与进水室密封连接，出水管17与出水室密封连接，进水管16和出水管17从开口处伸出电机外壳1，输水装置9靠近电机外壳1的侧壁转动密封连接有转环23，进水管16与出水管17与转环23密封连接，输水装置9设有供水室18和吸水室19，供水室18的水压大于吸水室19的水压，输水装置9靠近电机外壳1的内侧壁转动密封连接有转盘24，进水管16与出水管17贯穿转盘24，进水管16与出水管17伸入输水装置9的一端设有单向阀，进水管16与出水管17与电机外壳1转动连接，通过输水装置9和转筒15等结构可以对电机内的线圈进行降温，防止电机温度过高导致磁钢5产生不可逆性的退磁，保证超高速电机的效率，避免电机被烧坏，进一步延长了电机的使用寿命。

本发明在使用时，启动输水装置9，给定子绕组4通电，定子绕组4产生旋转的磁场，从而通过多个磁钢5带动转子3转动，而多个定子绕组4大角度倾斜可以减少电机的齿槽转矩和转矩脉动，绕组方式也采用一种特殊的嵌线方法进行了优化，有效的降低了高频谐波的集中出现，防止电机大量发热，延长电机高速转动的使用寿命，让电机运行的更稳定，通过将多个磁钢5嵌入定子中既满足了电磁设计需求，同时不增加转子3直径还保证了转子3的结构强度，保证转子3能够实现超高速转动，转子3转动时带动第一齿轮13转动，第一齿轮13带动多个行星齿轮12转动，多个行星齿轮12带动齿环14转动，齿环14带动转筒15转动，转筒15通过多个支杆带动扇叶21转动，通过扇叶21可以促进电机外壳1内的空气流动，加快电机外壳1的散热效果，同时转筒15转动时带动进水管16和出水管17转动，进水管16和出水管17通过转环23带动转盘24转动，当进水管16口与供水室18连通时，供水室18内的水通过单向阀和进水管16进入进水室内，进水室内的水通过多个竖管20进入出水室内，从而对定子绕组4的线圈进行散热，当出水管17与吸水室19连通时，出水管17内的水通过单向阀进入吸水室19，以此形成循环，不断为转筒15提供冷却水，从而对电机外壳1内部进行散热，提高电机的工作效率，避免电机受热损坏，延长电机的使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超高速大功率永磁同步电机，包括电机外壳（1）和输水装置（9），其特征在于，所述电机外壳（1）的外侧壁设有底座（8），所述电机外壳（1）内壁设有多个定子铁芯（2），多个所述定子铁芯（2）大角度倾斜，多个所述定子铁芯（2）相互叠加，每个所述定子铁芯（2）上设有定子绕组（4），所述电机外壳（1）转动连接有转子（3），所述电机外壳（1）内壁固定连接有前端盖（6），所述前端盖（6）与转子（3）转动连接，所述转子（3）伸出电机外壳（1）的一端设有输出头（7），所述转子（3）伸入电机外壳（1）内的侧壁嵌入多个与定子绕组（4）匹配的磁钢（5），所述电机外壳（1）远离输出头（7）的一端开设有开口，所述输水装置（9）靠近开口的侧壁固定连接有与开口匹配的固定块（10），所述固定块（10）侧壁固定连接有散热网（22），所述转子（3）远离输出头（7）的一端与固定块（10）转动连接，所述固定块（10）靠近转子（3）的侧壁固定连接有固定板（11），所述转子（3）靠近固定块（10）的侧壁固定连接有第一齿轮（13），所述固定板（11）靠近第一齿轮（13）的侧壁转动连接有多个与第一齿轮（13）匹配的行星齿轮（12），多个所述行星齿轮（12）转动连接有齿环（14），所述齿环（14）固定连接有转筒（15），所述转筒（15）靠近固定块（10）的侧壁通过多个支杆固定连接有扇叶（21）；所述转筒（15）内开设有进水室和出水室，所述进水室和出水室通过多个竖管（20）连通；所述转筒（15）靠近固定块（10）的一端密封连接有进水管（16）和出水管（17），所述进水管（16）与进水室密封连接，所述出水管（17）与出水室密封连接；所述进水管（16）和所述出水管（17）从开口处伸出电机外壳（1），所述输水装置（9）靠近电机外壳（1）的侧壁转动密封连接有转环（23），所述进水管（16）与出水管（17）与转环（23）密封连接；所述输水装置（9）设有供水室（18）和吸水室（19），所述供水室（18）的水压大于吸水室（19）的水压。

2.根据权利要求1所述的一种超高速大功率永磁同步电机，其特征在于，所述输水装置（9）靠近电机外壳（1）的内侧壁转动密封连接有转盘（24），所述进水管（16）与所述出水管（17）贯穿转盘（24）。

3.根据权利要求1所述的一种超高速大功率永磁同步电机，其特征在于，所述进水管（16）与所述出水管（17）伸入输水装置（9）的一端设有单向阀，所述进水管（16）与所述出水管（17）与电机外壳（1）转动连接。

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