CN107994700B - 一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构 - Google Patents

Abstract

一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构，包括钛合金套筒，钛合金套筒的内部空腔里安装有磁体，钛合金套筒的一端内侧连接有风扇堵头，钛合金套筒的另一端外侧设有推力盘，推力盘两侧通过左轴向推力轴承、右轴向推力轴承共同支承；钛合金套筒两侧外部通过左径向轴承、右径向轴承共同支承；所述的磁体包括永磁体，永磁体为十字形截面柱，永磁体左右两端的突出部分粘贴连接有左磁滞环、右磁滞环，永磁体左端及左磁滞环外侧粘贴连接有左堵头，永磁体右端及右磁滞环外侧粘贴连接有右堵头；本发明具有永磁和磁滞两种材料，具备了自起动能力和良好的稳定性，在满足超高速运转强度的前提下简化了转子结构，提高了电机的功率因数和效率。

Description

一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构

技术领域

本发明涉及超高速永磁电机的直接驱动技术领域，具体涉及一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构。

背景技术

传统的超高速永磁同步电机转子通常采用平行充磁的圆(环)形永磁体，这种转子的结构虽然简单，但不具备自起动能力，需要依靠特殊的变频器进行起动，从而增加了设备的体积和成本。装配磁滞柱(环)转子或“环形永磁体+隔磁环+磁滞环”并联结构转子虽能使电机具备自起动能力，但装配磁滞柱(环)转子会使超高速永磁同步电机功率因数降低，特别在转子快牵入同步转速时，转子会出现1-4Hz左右的低频振荡。该振荡衰退速度慢，甚至在电机的整个运行期间都会持续存在，降低了转速精度。而装配“环形永磁体+隔磁环+磁滞环”并联结构转子虽能减小永磁体磁场和磁滞环磁场间的干扰，使电机具备自起动能力，但该结构转子磁通密度低，且由于隔磁环的添加，既使转子加工工艺复杂，降低了转子强度，又增加了转子长度，减小了临界转速，所以此种结构转子只适用于高速(20000rpm)中小型电机(10kW)。因此，在保证转子结构简单、强度可靠的基础上，设计一种具有自起动能力的转子则是解决超高速永磁电机起动问题的根本方法，能有效促进超高速电机直接驱动技术的工程应用。

发明内容

为了克服上述转子的缺点，本发明的目的在于提供一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构，该结构转子中具有永磁和磁滞两种材料，从而使得超高速永磁同步电机具备了自起动能力和良好的稳定性，在保证转子满足超高速运转强度的前提下又简化了转子结构，提高了电机的功率因数和效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构，包括钛合金套筒1，钛合金套筒1的内部空腔里安装有磁体3，磁体3同钛合金套筒1过盈配合；钛合金套筒1的一端内侧连接有风扇堵头2，风扇堵头2和钛合金套筒1过盈配合，风扇堵头2的端部同钛合金套筒1的端部焊接结合；钛合金套筒1的另一端外侧设有推力盘1a，推力盘1a两侧通过左轴向推力轴承5a、右轴向推力轴承5b共同支承；钛合金套筒1两侧外部通过左径向轴承4a、右径向轴承4b共同支承；

所述的磁体3包括永磁体3c，永磁体3c为十字形截面柱，永磁体3c左右两端的突出部分粘贴连接有左磁滞环3b、右磁滞环3d，永磁体3c左端及左磁滞环3b外侧粘贴连接有左堵头3a，永磁体3c右端及右磁滞环3d外侧粘贴连接有右堵头3e。

所述的风扇堵头2开有螺纹孔和锥形孔。

所述的永磁体3c和左磁滞环3b、右磁滞环3d直径之比应小于三分之一。

所述的左径向轴承4a、右径向轴承4b均采用弹性箔片空气动压径向轴承。

所述的左轴向推力轴承5a和右轴向推力轴承5b均采用弹性箔片空气动压推力轴承。

所述的超高速永磁电机转子结构采用整体平行充磁，即先安装磁体3，再对整个超高速永磁电机转子结构进行充磁。

本发明的有益效果为：

由于本发明将磁滞环引入到超高速永磁转子中，从而使得电机功率因素提高且具备自起动能力，即依靠磁滞环的磁滞力矩进行起动，依靠永磁转矩牵入到同步，通过永磁体磁场的同步定位功能消除磁滞柱(环)转子的低频振荡现象，并且简单紧凑，外配套筒的结构使得转子长度大大减小，满足了转子超高速状态下运行的强度要求，克服了“环形永磁体+隔磁环+磁滞环”并联结构转子工艺复杂、强度低，转子长度长，临界转速小的缺点，进而在不增大整机尺寸的条件下，使得超高速永磁同步电机既具备了自起动能力和良好的稳定性，又提高了电机的功率因数和效率，解决了超高速永磁电机起动问题。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

图2为本发明磁体部分3的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构，包括钛合金套筒1，钛合金套筒1的内部空腔里安装有磁体3，磁体3同钛合金套筒1过盈配合；钛合金套筒1的一端内侧连接有风扇堵头2，风扇堵头2和钛合金套筒1过盈配合，风扇堵头2的端部同钛合金套筒1的端部焊接结合；钛合金套筒1的另一端外侧设有推力盘1a，推力盘1a两侧通过左轴向推力轴承5a、右轴向推力轴承5b共同支承；钛合金套筒1两侧外部通过左径向轴承4a、右径向轴承4b共同支承。

参照图2，所述的磁体3包括永磁体3c，永磁体3c为十字形截面柱，永磁体3c左右两端的突出部分粘贴连接有左磁滞环3b、右磁滞环3d，永磁体3c左端及左磁滞环3b外侧粘贴连接有左堵头3a，永磁体3c右端及右磁滞环3d外侧粘贴连接有右堵头3e。

所述的风扇堵头2开有螺纹孔和锥形孔。

所述永磁体3c和左磁滞环3b、右磁滞环3d直径之比应小于三分之一。

所述的左径向轴承4a、右径向轴承4b均采用弹性箔片空气动压径向轴承。

所述的左轴向推力轴承5a和右轴向推力轴承5b均采用弹性箔片空气动压推力轴承。

所述的超高速永磁电机转子结构采用整体平行充磁，即先安装磁体3，再对整个超高速永磁电机转子结构进行充磁，以此避免过盈配合过程中磁体3退磁。

本发明的工作原理为：

本发明将左磁滞环3b、右磁滞环3d引入到超高速永磁转子中，利用电机起动时产生的磁滞力矩进行转子的自起动；起动时定子绕组通电，绕组产生相对于转子旋转的电枢反应磁场，会对转子产生旋转磁化效应。

永磁体3c本身具有矫顽力，不会在电枢反应磁场的作用下退磁。永磁体3c磁滞效应弱，产生的磁滞转矩很小，几乎可以忽略。当电枢反应磁场相对于转子旋转时，在一个电周期的正半周期，作用在永磁体3c上的电磁转矩为正，起驱动作用，而在负半周期，作用在永磁体3c上的电磁转矩为负，起制动作用，因而作用在永磁体3c上的电磁转矩无自起动效果。

左磁滞环3b、右磁滞环3d磁滞效应强，在旋转磁化时，内部磁化强度矢量总是滞后于电枢反应磁场矢量，形成磁滞角，进而在磁滞环内产生周向方向麦克斯韦应力，从而产生周向方向的电磁转矩使转子旋转，使转子获得自起动能力。永磁体3c突出部分伸入左磁滞环3b、右磁滞环3d中，对磁滞环具有预充磁作用，在相同电枢反应磁场下，能产生更高的磁滞力矩，同时也增加了电机的功率因数。

在快牵入同步转速时，旋转磁化效应减弱，磁滞转矩会相应减小，永磁转矩会起驱动作用，磁滞转矩、永磁转矩之和与负载转矩平衡。

Claims (5)

1.一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构，包括钛合金套筒(1)，其特征在于：钛合金套筒(1)的内部空腔里安装有磁体(3)，磁体(3)同钛合金套筒(1)过盈配合；钛合金套筒(1)的一端内侧连接有风扇堵头(2)，风扇堵头(2)和钛合金套筒(1)过盈配合，风扇堵头(2)的端部同钛合金套筒(1)的端部焊接结合；钛合金套筒(1)的另一端外侧设有推力盘(1a)，推力盘(1a)两侧通过左轴向推力轴承(5a)、右轴向推力轴承(5b)共同支承；钛合金套筒(1)两侧外部通过左径向轴承(4a)、右径向轴承(4b)共同支承；

所述的磁体(3)包括永磁体(3c)，永磁体(3c)为十字形截面柱，永磁体(3c)左右两端的突出部分粘贴连接有左磁滞环(3b)、右磁滞环(3d)，永磁体(3c)左端及左磁滞环(3b)外侧粘贴连接有左堵头(3a)，永磁体(3c)右端及右磁滞环(3d)外侧粘贴连接有右堵头(3e)；

所述的永磁体(3c)和左磁滞环(3b)、右磁滞环(3d)直径之比应小于三分之一。

2.根据权利要求1所述的一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构，其特征在于：所述的风扇堵头(2)开有螺纹孔和锥形孔。

3.根据权利要求1所述的一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构，其特征在于：所述的左径向轴承(4a)、右径向轴承(4b)均采用弹性箔片空气动压径向轴承。

4.根据权利要求1所述的一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构，其特征在于：所述的左轴向推力轴承(5a)和右轴向推力轴承(5b)均采用弹性箔片空气动压推力轴承。

5.根据权利要求1所述的一种具有自起动能力的超高速永磁电机转子结构，其特征在于：所述的超高速永磁电机转子结构采用整体平行充磁，即先安装磁体(3)，再对整个超高速永磁电机转子结构进行充磁。