CN111431301B - 定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机 - Google Patents
定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机，包括电机定子、电机转子：所述电机定子包括定子铁芯、缠绕在定子铁芯上的绕组以及安装在气隙侧无齿槽绕组间的不导磁间隔，所述电机转子包括转轴、永磁体和套装在转轴及永磁体外表面的转子护套，所述电机定子外侧安装有机壳；定子铁芯的外表面加工有齿槽，而定子铁芯的内表面没有齿槽。本发明可避免定子铁芯开槽引起的气隙磁场高频谐波，进而降低转子涡流损耗及永磁体发热，且可实现绕组相间的物理隔离，抑制相间故障的发生，并有利于电机容错运行，有效提高电机的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速永磁电机，具体涉及一种定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机。
背景技术
高速永磁电机由于功率密度高、效率高、动态响应快、转子结构简单且强度高等众多优势，在离心式压缩机、真空泵等高速领域被广泛采用。
考虑永磁材料的抗拉强度有限、抗压强度大的特点，为保护永磁体免受高速离心力作用而损坏，通常在永磁体外安装高强度护套对其施加预紧力进行保护。由于高速永磁电机的磁场交变频率非常高，使定子铁芯开槽以及电流时间谐波引起的气隙磁场高频谐波在转子护套、永磁体中感应出涡流损耗的问题非常突出，加之转子表面的高速机械摩擦损耗，而转子散热条件有限，并且定子齿尖等位置由于局部饱和等原因产生的高铁耗发热也会阻碍转子向定子侧的传热，故转子的损耗发热问题异常严重，可能造成永磁材料的高温退磁，使电机可靠性下降。
高速电机通常采用的双层短矩叠绕组在铁芯槽内以及绕组端部存在不同相绕组间的物理接触，增加了相间故障的发生率，且使电机某相绕组发生短路等故障发热严重时，会烧毁与其有接触的正常相绕组，不利于实现容错运行，进一步威胁电机可靠性。另外，采用叠绕组时绕组端部很长，悬空的绕组端部冷却困难，进一步加剧了电机的发热，而且也会带来高速转子动力学问题。
对于燃料电池用离心式空气压缩机等高速应用，驱动电机的可靠性非常重要，因此，如何突破传统高速永磁电机的结构限制，提高电机可靠性，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机，包括电机定子、电机转子，所述电机定子包括定子铁芯、缠绕在定子铁芯上的绕组以及安装在气隙侧无齿槽绕组间的不导磁间隔，所述电机转子包括转轴、永磁体和套装在转轴及永磁体外表面的转子护套，所述电机定子的外侧安装有机壳。
进一步的，所述定子铁芯的外表面加工有齿槽，定子铁芯的内表面没有齿槽。
进一步的，所述定子铁芯内表面开有浅口凹槽，凹槽的数量与定子铁芯外表面的齿槽数量相同，且凹槽的中心线与定子铁芯外表面齿的中心线共线；所述不导磁间隔嵌入到定子铁芯内表面的浅口凹槽中，且采用胶黏剂进行粘结固定。
进一步的，所述不导磁间隔的材料为不导磁的导电材料或绝缘材料，如果是不导磁的导电材料，嵌线前在不导磁间隔与绕组之间垫绝缘纸。
进一步的，所述不导磁间隔为长条形结构，高度高于气隙侧无齿槽绕组的径向高度，长度超过绕组的轴向长度。
进一步的，所述绕组的类型为背绕式绕组，缠绕在所述定子铁芯上，其中，绕组外侧缠绕在定子铁芯外表面的槽中，绕组内侧缠绕在定子铁芯内表面的不导磁间隔形成的间隙中。
进一步的，所述绕组采用的导线类型为利兹线。
进一步的，所述永磁体为圆柱或圆环形结构，充磁方向为平行充磁。
进一步的，所述转子护套安装在永磁体和转轴的外表面，通过过盈配合组装成电机转子。
进一步的，所述转子护套材料为不锈钢、钛合金或镍合金。
与现有技术相比，本发明产生的有益效果为：
(1)采用背绕式绕组与不导磁间隔技术相结合，一方面，可以达到无齿槽电机效果，避免了定子铁芯开槽引起的气隙磁场高频谐波，从根源上降低转子的涡流损耗及永磁体发热，提高电机的可靠性；另一方面，可实现绕组相间的物理隔离，有效抑制了相间故障的发生，并且，当某相绕组发生短路等故障发热严重时，物理隔离还可削弱故障绕组对正常相绕组的影响，通过容错控制可实现电机容错运行，进一步提高可靠性；(2)相比于常规无齿槽电机，固定在定子铁芯上的不导磁间隔还可以承受绕组电磁力作用，保护绕组绝缘；另外，电机轴向结构紧凑，可以缓解高速转子动力学问题；(3)绕组背绕式可以将无齿槽绕组很好的固定在定子铁芯上，有效解决常规无齿槽电机的绕组固定困难问题，降低了电机的加工难度。
附图说明
图1为本发明定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机的结构示意图。
图2为本发明定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机的截面图。
图3为本发明定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机的定子铁芯结构示意图。
图4为本发明定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机的不导磁间隔结构示意图。
图中：1、机壳，2、定子铁芯，3、不导磁间隔，4、绕组，51、第一转轴组件，52、第二转轴组件，6、永磁体，7、护套。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
如图1、2所示的定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机，包括电机定子、电机转子和机壳1，其中：
所述电机定子包括定子铁芯2、缠绕在定子铁芯上的绕组4以及安装在气隙侧无齿槽绕组间的不导磁间隔3，所述电机转子包括转轴5、永磁体6和套装在转轴及永磁体外表面的转子护套7，所述电机定子的外侧安装有机壳1。
所述永磁体6为圆柱或圆环体结构，转轴5由第一转轴组件51和第二转轴组件52构成，两个转轴组件分别安装在永磁体的两端，转轴组件的外径与永磁体外径相同。所述护套7为圆环体，材料为不锈钢、钛合金或镍合金。护套的长度大于永磁体，转子装配前需要对护套进行加热，热套到永磁体和转轴的外表面，护套与永磁体、转轴之间是过盈配合，装配完成后会对永磁体、转轴产生一定的预紧力。之后，对转子永磁体进行整体平行充磁。
如图3所示，所述定子铁芯2的外表面加工有齿槽，而定子铁芯的内表面没有齿槽，但加工有浅口凹槽，凹槽的数量与定子铁芯外表面的齿槽数量相同，且凹槽的中心线与定子铁芯外表面齿的中心线共线。如图4所示，不导磁间隔3的外观为长条形，紧密地嵌入到定子铁芯2内表面的浅口凹槽中，并且采用胶黏剂进行粘结固定。优选的，本实施例中采用环氧树脂胶黏剂。绕组4的类型为背绕式绕组，缠绕在所述定子铁芯2上，其中，绕组外侧缠绕在定子铁芯2外表面的槽中，绕组内侧缠绕在定子铁芯内表面的不导磁间隔形成的间隙中。不导磁间隔3的材料为不导磁的导电材料，嵌线前需要在不导磁间隔与绕组之间垫绝缘纸。不导磁间隔的高度要高于气隙侧无齿槽绕组的径向高度，长度超过绕组的轴向长度，以保证各相绕组之间完全没有物理接触。
当电机每相绕组有多个线圈串联时，可以将一个槽里的线圈缠绕完，然后将绕线的尾部在定子铁芯2端部跨越到下一个槽中，进行下一个槽的线圈缠绕，以此类推，完成绕组4的嵌线，尽量减少线圈之间的焊接。如果绕线在定子铁芯2端部跨越到下一个槽时会接触到其它相绕组，则需要在对应有接触的绕线部分套绝缘套管。由于定子铁芯气隙侧无铁芯齿，使气隙侧绕组暴露在高频交变主磁场中，为了削弱绕组的高频损耗，绕组采用利兹线。
实施例2
本实施例与实施例1相比，将长条形的不导磁间隔3替换为定子铁芯齿的形状，即倒“T”字形。
实施例3
本实施例与实施例1相比，不导磁间隔3的材料为绝缘材料，嵌线前不需要在不导磁间隔与绕组之间垫绝缘纸。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果，对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也全部包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机，包括电机定子、电机转子，其特征在于，所述电机定子包括定子铁芯(2)、缠绕在定子铁芯上的绕组(4)以及安装在气隙侧无齿槽绕组间的不导磁间隔(3)，所述电机转子包括转轴(5)、永磁体(6)和套装在转轴及永磁体外表面的转子护套(7)，所述电机定子的外侧安装有机壳(1)；
所述定子铁芯(2)的外表面加工有齿槽，定子铁芯的内表面没有齿槽；
所述定子铁芯(2)内表面开有浅口凹槽，凹槽的数量与定子铁芯外表面的齿槽数量相同，且凹槽的中心线与定子铁芯外表面齿的中心线共线；所述不导磁间隔(3)嵌入到定子铁芯(2)内表面的浅口凹槽中，且采用胶黏剂进行粘结固定；
所述不导磁间隔(3)的材料为不导磁的导电材料或绝缘材料，如果是不导磁的导电材料，嵌线前在不导磁间隔与绕组之间垫绝缘纸；
所述不导磁间隔(3)为长条形结构，高度高于气隙侧无齿槽绕组的径向高度，长度超过绕组的轴向长度；
所述绕组(4)的类型为背绕式绕组，缠绕在所述定子铁芯(2)上，其中，绕组外侧缠绕在定子铁芯(2)外表面的槽中，绕组内侧缠绕在定子铁芯内表面的不导磁间隔形成的间隙中。
2.根据权利要求1所述的定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机，其特征在于，所述绕组(4)采用的导线类型为利兹线。
3.根据权利要求1所述的定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机 ，其特征在于，所述永磁体(6)为圆柱或圆环形结构，充磁方向为平行充磁。
4.根据权利要求1所述的定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机 ，其特征在于，所述转子护套(7)安装在永磁体(6)和转轴(5)的外表面，通过过盈配合组装成电机转子。
5.根据权利要求1所述的定子侧具有不导磁间隔的背绕式绕组无齿槽高速永磁电机 ，其特征在于，所述转子护套(7)材料为不锈钢、钛合金或镍合金。
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