CN107040106A - 一种高速永磁盘式电机 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种高速永磁盘式电机，转子包括转轴和发电磁盘，转轴通过两个支撑轴承连接于电机壳体，两个定子线圈分别固定于电机壳体的两端，转轴设置有两对发电磁盘，每对发电磁盘对称布置在定子线圈两侧，定子线圈位于每对发电磁盘之间。本公开的转子轴向长度短，功率密度大，转子质量分布对称，动力学特性好，且安装方便，发电磁盘结构简单，加工及安装方便，该高速永磁盘式电机既可以用作发电机运行，也可以用作电动机运行。

Description

一种高速永磁盘式电机

技术领域

本公开涉及一种永磁电机，尤其是一种高速永磁盘式电机。

背景技术

高速永磁盘式电机具有功率密度大、体积小、无定子铁芯损耗等优点，集成了无油支承技术、永磁电动机/发电机一体化技术、电力电子技术以及高速转子动力学等核心技术，是新一代微小型动力装置的发展方向。由于高速永磁盘式电机电磁设计、转子动力学及强度设计、定子结构设计都与传统的高速电机有很大的区别，因此本领域亟需一种功率密度大、转子动力学特性好、结构简单且安装方便的永磁盘式电机。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开的目的在于提供一种功率密度大、转子动力学特性好、结构简单且安装方便，既可作为发电机运行，也可以作为电动机运行的高速永磁盘式电机。

(二)技术方案

本公开提供了一种高速永磁盘式电机，包括：电机壳体及其内部设置的定子线圈和转子；所述转子包括转轴和发电磁盘；所述转轴通过两个支撑轴承连接于电机壳体，两个定子线圈分别固定于电机壳体的两端；所述转轴设置有两对发电磁盘，每对发电磁盘对称布置在定子线圈两侧，定子线圈位于每对发电磁盘之间。

在本公开的一些实施例中，所述发电磁盘包括永磁块和固定托盘；所述固定托盘中心开有圆孔，其外径上缠绕碳纤维，其表面沿圆周方向均匀布置多个永磁块，所述永磁块的磁极交叉布置，固定托盘表面填充环氧树脂。

在本公开的一些实施例中，所述固定托盘中心的圆孔套入转轴，每对固定托盘的设置有永磁块的表面相对，永磁块的磁极位置对应，通过锁紧螺母固定在转轴上。

在本公开的一些实施例中，所述发电磁盘与定子线圈之间的轴向间隙为0.4mm～0.6mm。

在本公开的一些实施例中，所述支撑轴承为气体轴承。

在本公开的一些实施例中，所述定子线圈的极数与发电磁盘的磁极对数对应。

在本公开的一些实施例中，所述定子线圈通过锁紧压环固定于电机壳体。

在本公开的一些实施例中，所述永磁块通过螺钉固定在固定托盘上。

在本公开的一些实施例中，所述永磁块为钕铁硼材料。

在本公开的一些实施例中，所述高速永磁盘式电机作为电动机使用，或者作为发电机使用。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开的高速永磁盘式电机具有以下有益效果：

(1)采用了气体轴承，具有摩擦微小、振动微小、稳定性高、抗涡动性能好等优点。

(2)定子线圈采用耐高温、高韧性的环氧树脂对线圈进行成型及固定，取代了传统定子线圈的铁芯结构，减少了传统定子线圈的铁芯损耗。

(3)发电磁盘的固定托盘外径上缠绕高强度的碳纤维，可以提高固定托盘在高转速、大离心力下的强度。

(4)采用耐高温、高韧性的环氧树脂填充固定托盘上永磁块与托盘边缘之间的区域，其填充高度与固定托盘边缘相同，以缓冲与分散磁盘在高转速下永磁块的离心力。

(5)采用低压变频器启动，启动容易，发电磁盘与定子线圈结构简单，加工及安装方便，既可以用作电动机运行，也可以作为发电机运行。

附图说明

图1是本公开实施例高速永磁盘式电机的结构示意图；

图2为本公开实施例发电磁盘的结构示意图。

【符号说明】

1-电机壳体；2-定子线圈；3-转轴；4-永磁块；5-固定托盘；6-发电磁盘；7-锁紧螺母；8-支撑轴承；9-锁紧压环；10-环氧树脂。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开实施例提供了一种高速永磁盘式电机，包括：电机壳体1及其内部设置的定子线圈2和转子。

参见图1，转子包括带有双止推盘的转轴3和发电磁盘6。转轴3通过两个支撑轴承8连接于电机壳体1，两个定子线圈2分别通过锁紧压环9固定于电机壳体1的两端且围绕转轴3。定子线圈2采用耐高温、高韧性的环氧树脂对线圈进行成型及固定，取代了传统定子线圈的铁芯结构，避免了传统定子线圈的铁芯损耗现象。

转轴3的止推盘外侧各设置有一对发电磁盘6，每对发电磁盘6对称布置在定子线圈2两侧，定子线圈2位于每对发电磁盘6之间。发电磁盘6通过键与转轴3在周向约束，并通过锁紧螺母7固定在转轴3上，安装方便且牢固，发电磁盘6与定子线圈2之间的轴向间隙为0.4mm～0.6mm。

请同时参见图2，发电磁盘6包括永磁块4和固定托盘5。固定托盘5中心开有圆孔，其外径上缠绕高强度的碳纤维，可以提高固定托盘在高转速、大离心力下的强度。固定托盘5表面沿圆周方向均匀布置八个永磁块4，永磁块4的磁极交叉布置，即N极永磁块和S极永磁块交叉排列；固定托盘5表面填充有耐高温、高韧性的环氧树脂10，即环氧树脂10充满永磁块4与固定托盘边缘之间的区域，环氧树脂10的填充高度与固定托盘5边缘相同，可以缓冲与分散发电磁盘在高转速下永磁块的离心力。永磁块4可以通过螺钉固定在固定托盘上。

固定托盘5中心的圆孔套入转轴3，每对固定托盘5的设置有永磁块4的表面相对，且永磁块的磁极位置对应，即N极永磁块与N极永磁块相对，S极永磁块与S极永磁块相对，并通过锁紧螺母7固定在转轴3上，将定子线圈2夹于二者之间，每对发电磁盘6对称布置在定子线圈2两侧。定子线圈2的极数与发电磁盘6的磁极对数对应。

在本实施例中，支撑轴承8为气体轴承，具有摩擦微小、振动微小、稳定性高、抗涡动性能好等优点。永磁块4的数量不加以限制，还可以是六个、十个等，其具体数量根据电机的功率等级确定。本公开采用低压变频器启动，启动容易，发电磁盘与定子线圈结构简单，加工及安装方便，既可以用作电动机运行，也可以作为发电机运行。

本公开另一实施例中，高速永磁盘式电机可以用作有机工质高速透平发电机，其额定功率为10kW，转速最高为60000r/min。

有机工质高速透平发电机的转子还设置有驱动透平和密封动件。驱动透平设置在转轴的一端，密封动件采用螺旋槽干气密封的方式，在高转速下形成动压效应进行动密封。定子线圈内部布置有3个温度传感器。发电磁盘上沿圆周方向布置8个永磁块，定子线圈的极数为4极对，定子线圈与发电磁盘之间的间隙为0.5mm，永磁块采用高性能的钕铁硼材料。

本公开另一实施例中，高速永磁盘式电机可以用作电驱式高速空气涡轮膨胀制冷机，电驱式高速空气涡轮膨胀制冷机还包括变频驱动器，其转子还包括径向叶轮和离心式压气机。径向叶轮和离心式压气机通过键与转轴在轴向上约束，两端通过锁紧螺母固定在转轴上。变频驱动器为高频低压变频驱动器，额定功率为10kW。发电磁盘上沿圆周方向布置8个永磁块，定子线圈极数为4极对，定子线圈与发电磁盘之间的间隙为0.5mm，永磁块采用高性能的钕铁硼材料，定子线圈内部布置3个温度传感器。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；

(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种永磁盘式电机，包括：电机壳体及其内部设置的定子线圈和转子；

所述转子包括转轴和发电磁盘；所述转轴通过两个支撑轴承连接于电机壳体，两个定子线圈分别固定于电机壳体的两端；

所述转轴设置有两对发电磁盘，每对发电磁盘对称布置在定子线圈两侧，定子线圈位于每对发电磁盘之间。

2.如权利要求1所述的永磁盘式电机，所述发电磁盘包括永磁块和固定托盘；

所述固定托盘中心开有圆孔，其外径上缠绕碳纤维，其表面沿圆周方向均匀布置多个永磁块，所述永磁块的磁极交叉布置，固定托盘表面填充环氧树脂。

3.如权利要求2所述的永磁盘式电机，所述固定托盘中心的圆孔套入转轴，每对固定托盘的设置有永磁块的表面相对，永磁块的磁极位置对应，通过锁紧螺母固定在转轴上。

4.如权利要求1所述的永磁盘式电机，所述发电磁盘与定子线圈之间的轴向间隙为0.4mm～0.6mm。

5.如权利要求1所述的永磁盘式电机，所述支撑轴承为气体轴承。

6.如权利要求1所述的永磁盘式电机，所述定子线圈的极数与发电磁盘的磁极对数对应。

7.如权利要求1所述的永磁盘式电机，所述定子线圈通过锁紧压环固定于电机壳体。

8.如权利要求2所述的永磁盘式电机，所述永磁块通过螺钉固定在固定托盘上。

9.如权利要求2所述的永磁盘式电机，所述永磁块为钕铁硼材料。

10.如权利要求1所述的永磁盘式电机，所述高速永磁盘式电机作为电动机使用，或者作为发电机使用。