CN109873513A - 耐低温高速永磁电机高强度转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了耐低温高速永磁电机高强度转子结构，属于电机结构技术领域。本发明包括转子铁心、永磁磁极、加强筋、转轴、散热孔，转子铁心外侧固定有沿圆周方向等距排列的永磁磁极，转子铁心通过厌氧胶层与永磁磁极相连，永磁磁极外侧粘贴有铜镀层，相邻永磁磁极之间设有第一散热支路，每个永磁磁极不均匀分成一、二、三号永磁体，二、三号永磁体之间设有加强筋，加强筋两端分别镶嵌在转子铁心外侧和碳纤维护套内侧，加强筋、转子铁心、碳纤维护套、永磁磁极构成第二散热支路。本发明具有较好的实用性，在保证高速永磁电机转速的前提下减小了转子的齿槽转矩，提高了电机转子在低温环境中的机械性能，改善了转子内部散热能力。

Description

耐低温高速永磁电机高强度转子结构

技术领域

本发明涉及电机与电器传动技术领域，具体为耐低温高速永磁电机高强度转子结构。

背景技术

液化天然气(liquefied natural gas，简称：LNG)主要成分是甲烷。LNG具有无味、无色、无毒和无腐蚀性等优势，随着LNG的广泛使用，LNG的安全输送成为了天然气产业链的重要环节，当LNG的输送量较大时，常采用LNG泵输送。低温电机作为LNG泵的核心部件，与LNG泵一体浸没在-161℃低温LNG中，为低温泵的正常运行提供动力。LNG具有-161℃低温和易燃的特性，所以这种潜液式LNG泵用低温电机材料不仅要能承受在-161℃低温、阻燃等要求，还要到达高效节能、轻量化的目的。

潜液式LNG泵正常运行时，运行动力来自于低温电机，传统LNG泵常选用异步电机作为动力驱动，异步电机的工艺比较成熟，结构简单，设计理论相对完善，但其最大的问题是效率低、功率因数低、体积大，严重影响潜液式LNG泵的运行效率，不能达到轻量化、高效节能等性能要求。高速永磁电机的应用弥补异步电机的缺点，目前高速永磁电机采用的磁极结构主要为表贴式转子磁极结构和内置式转子磁极结构。表贴式转子磁极结构制造工艺成本低、漏磁少，常用于高速永磁电机。当电机转速较高时，转子磁极所受离心力较大，电机转子机械强度较差，特别是电机处于低温环境时，转子永磁磁极等材料特性将受到影响，永磁磁极呈现脆性，易发生断裂。所以，提高低温电机转子强度等特性显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供耐低温高速永磁电机高强度转子结构，以解决现有高速永磁电机在低温环境下永磁体机械强度差、易断裂；转子内部散热能力差等缺点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：耐低温高速永磁电机高强度转子结构，其特征在于，包括转子铁心、永磁磁极、加强筋、转轴、散热孔，所述转子铁心外侧固定有沿圆周方向等距排列的永磁磁极，所述转子铁心通过厌氧胶层与永磁磁极相连，所述永磁磁极外侧粘贴有铜镀层，相邻所述永磁磁极之间设有第一散热支路，每个所述永磁磁极不均匀分成一、二、三号永磁体，所述二、三号永磁体之间设有加强筋，所述加强筋两端分别镶嵌在转子铁心外侧和碳纤维护套内侧，所述加强筋、转子铁心、碳纤维护套、永磁磁极构成第二散热支路。

上述技术方案中，所述二号永磁体比一、三号永磁体大，所述一、三号永磁体大小相同。

上述技术方案中，所述永磁磁极材料选用钐钴。

上述技术方案中，所述一、三号永磁体外侧上端进行削角处理。

上述技术方案中，所述铜镀层表面经过热韧化工艺处理，形成一层压应力层。

上述技术方案中，所述转子铁心与永磁磁极之间填充了厌氧胶。

上述技术方案中，所述碳纤维护套通过加强筋固定在转子铁心外侧。

通过采用上述技术方案，耐低温高速永磁电机转子获得良好的运行特性，所述二号永磁体比一、三号永磁体大，所述一、三号永磁体大小相同，与不分块永磁磁极相比，不均匀分块后的永磁磁极能够减小电机齿槽转矩，降低电机转子的振动，减小振动对永磁磁极的破坏，提高永磁磁极的使用寿命。所述永磁磁极材料选用钐钴，钐钴的矫顽力和剩磁温度系数较低、热稳定性好、居里温度高，在低温环境下非常稳定。所述一、三号永磁体外侧上端进行削角处理，从而减小转子的齿槽转矩，提高转子稳定性。所述铜镀层表面经过热韧化工艺处理，形成一层压应力层。在使用永磁磁极过程中铜镀层表面受到拉伸破坏之前首先要克服表面上的残余压应力，提高了永磁磁极在低温环境中脆性，抗断裂能力。同时，铜镀层会使转子产生的涡流损耗减少，且大部分集中在铜镀层上，方便散热支路降低因涡流损耗产生的温升，提高转子散热能力的。所述转子铁心与永磁磁极之间填充了厌氧胶，减小了永磁磁极受到的切向应力，而永磁磁极切向应力是转子结构强度中最容易超过应力极限的，厌氧胶层提高永磁磁极的承载能力、使用寿命。所述碳纤维护套通过加强筋固定在转子铁心外侧，改变了转子的应力分布，使最大应力点转移到加强筋上，提高了转子的机械强度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明转子永磁磁极单元结构平面示意图。

图3为本发明厌氧胶层和散热孔结构平面示意图。

图4为本发明第一散热支路结构三维示意图。

图中：1、碳纤维护套，2、加强筋，3.1、一号永磁体，3.2二号永磁体，3.3三号永磁体，3、永磁磁极，4、铜镀层，5、转子铁心，6、转轴，7、第一散热支路，8、第二散热支路，9、厌氧胶层，10、散热孔。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述发明。

请参阅图1至图4，耐低温高速永磁电机高强度转子结构，包括转子铁心5、永磁磁极3、加强筋2、转轴6、散热孔10。

所述转子铁心5外侧固定有沿圆周方向等距排列的永磁磁极3，所述转子铁心5通过厌氧胶层9与永磁磁极3相连，所述永磁磁极3外侧粘贴有铜镀层4。

所述永磁磁极3之间设有第一散热支路7，每个所述永磁磁极3不均匀分成一号永磁体3.1、二号永磁体3.2、三号永磁体3.3。

所述二号永磁体3.2和三号永磁体3.3之间设有加强筋2，所述加强筋2两端分别固定在转子铁心5外侧和碳纤维护套1内侧，所述加强筋2、转子铁心5、碳纤维护套1、永磁磁极3构成第二散热支路8。

在本实例方式中，所述二号永磁体3.2比一号永磁体3.1和三号永磁体3.3大，所述一号永磁体3.1、三号永磁体3.3大小相同，与不分块永磁磁极3相比，不均匀分块后的永磁磁极3能够减小电机齿槽转矩，降低电机转子的振动，减小振动对永磁磁极3的破坏，提高永磁磁极3的使用寿命。

在本实例方式中，所述永磁磁极3材料选用钐钴，钐钴的矫顽力和剩磁温度系数较低、热稳定性好、居里温度高，在低温环境下非常稳定。

在本实例方式中，所述一号永磁机3.1和三号永磁体3.3外侧上端进行削角处理，从而减小转子的齿槽转矩，提高转子稳定性。

在本实例方式中，所述铜镀层4表面经过热韧化工艺处理，形成一层压应力层。在使用永磁磁极3过程中铜镀层4表面受到拉伸破坏之前首先要克服表面上的残余压应力，提高了永磁磁极3在低温环境中脆性，抗断裂能力。

在本实例方式中，所述铜镀层4会使转子产生的涡流损耗减少，且大部分集中在铜镀层4上，方便散热支路降低因涡流损耗产生的温升，提高转子散热能力的。

在本实例方式中，所述转子铁心5通过厌氧胶层9与永磁磁极3相连，减小了永磁磁极3受到的切向应力，而永磁磁极3切向应力是转子结构强度中最容易超过应力极限的，厌氧胶层9提高永磁磁极3的承载能力、使用寿命。

在本实例方式中，所述碳纤维护套1通过加强筋2固定在转子铁心5外侧，改变转子的应力分布，使最大应力点转移到加强筋2上，提高转子的机械强度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、润饰等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.耐低温高速永磁电机高强度转子结构，其特征在于，包括转子铁心、永磁磁极、加强筋、转轴、散热孔，所述转子铁心外侧固定有沿圆周方向等距排列的永磁磁极，所述转子铁心通过厌氧胶层与永磁磁极相连，所述永磁磁极外侧粘贴有铜镀层，相邻所述永磁磁极之间设有第一散热支路，每个所述永磁磁极不均匀分成一、二、三号永磁体，所述二、三号永磁体之间设有加强筋，所述加强筋两端分别镶嵌在转子铁心外侧和碳纤维护套内侧，所述加强筋、转子铁心、碳纤维护套、永磁磁极构成第二散热支路。

2.根据权利要求1所述的耐低温高速永磁电机高强度转子结构，其特征在于，所述二号永磁体比一、三号永磁体大，所述一、三号永磁体大小相同。

3.根据权利要求1所述的耐低温高速永磁电机高强度转子结构，其特征在于，所述永磁磁极材料选用钐钴。

4.根据权利要求1、2所述的耐低温高速永磁电机高强度转子结构，其特征在于，所述一、三号永磁体外侧上端进行削角处理。

5.根据权利要求1所述的耐低温高速永磁电机高强度转子结构，其特征在于，所述铜镀层表面经过热韧化工艺处理，形成一层压应力层。

6.根据权利要求1所述的耐低温高速永磁电机高强度转子结构，其特征在于，所述转子铁心与永磁磁极之间填充了厌氧胶。

7.根据权利要求1、5所述的耐低温高速永磁电机高强度转子结构，其特征在于，所述碳纤维护套通过加强筋固定在转子铁心外侧。