CN112838689B - 高速电机 - Google Patents

高速电机 Download PDF

Info

Publication number
CN112838689B
CN112838689B CN202110171397.0A CN202110171397A CN112838689B CN 112838689 B CN112838689 B CN 112838689B CN 202110171397 A CN202110171397 A CN 202110171397A CN 112838689 B CN112838689 B CN 112838689B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
magnetic suspension
suspension bearing
radial magnetic
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110171397.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112838689A (zh
Inventor
杜静娟
黄新雨
赵坚
任红格
戈文祺
李朝江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Chengjian University
Original Assignee
Tianjin Chengjian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Chengjian University filed Critical Tianjin Chengjian University
Priority to CN202110171397.0A priority Critical patent/CN112838689B/zh
Publication of CN112838689A publication Critical patent/CN112838689A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112838689B publication Critical patent/CN112838689B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/18—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with ribs or fins for improving heat transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00—Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种高速电机。包括复合转子，复合转子上套装有定子，定子两侧的复合转子上分别套装有径向磁悬浮轴承定子，定子上套装有电机壳体，电机壳体的一端通过端盖与径向磁悬浮轴承定子连接，电机壳体的另一端通过径向磁悬浮轴承定子连接有轴向磁悬浮轴承，定子与径向磁悬浮轴承定子之间分别设置有轴向的齿状散热片。本发明通过磁悬浮轴承的复合支撑结构的设计，使高速电机实现了无摩擦的三自由度平衡悬浮状态，由于高速电机在运行过程中没有任何摩擦，从而解决了传统轴承高速下磨损大，寿命短的问题，并且提升了高速电机的效率，提高轴承的寿命。

Description

高速电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种高速电机。
背景技术
高速电机转速通常在10,000转/分以上，在透平机械中使用高速电机越来越多，对透平机械使用的电机在能耗、大小与效率方面要求随之提高；随着高速电机转速越来越高，高速旋转下，传统轴承(包括陶瓷轴承)很难应用于在高速电机上，鉴于传统轴承高速下磨损大，寿命短的为问题，因此高速电机采用磁悬浮轴承，实现无摩擦的平衡状态；高速电机由于工作频率高，存在有较大的电磁损耗，导致电机升温较快；一般电机绕组绕制时端部大，散热困难，尤其是2极电机，节距过大，导致转子过长，降低转子刚度等，这些无疑增加了电机体积，对于高速电机设计出现一系列的问题，因此，针对高速电机，甚至超高速电机情况，需要提出适合该类电机的绕组和轴承结构。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，从而提供一种高速电机，通过磁悬浮轴承的复合支撑结构的设计，使高速电机实现了无摩擦的三自由度平衡悬浮状态，解决了传统轴承高速下磨损大，寿命短的问题，并且提升了高速电机的效率，提高轴承的寿命。
本发明解决所述问题，采用的技术方案是：
一种高速电机，包括复合转子，复合转子上套装有定子，定子两侧的复合转子上分别套装有径向磁悬浮轴承定子，定子上套装有电机壳体，电机壳体的一端通过端盖与径向磁悬浮轴承定子连接，电机壳体的另一端通过径向磁悬浮轴承定子连接有轴向磁悬浮轴承，定子与径向磁悬浮轴承定子之间分别设置有轴向的齿状散热片。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：
本发明通过磁悬浮轴承的复合支撑结构的设计，使高速电机实现了无摩擦的三自由度平衡悬浮状态，由于高速电机在运行过程中没有任何摩擦，从而解决了传统轴承高速下磨损大，寿命短的问题，并且提升了高速电机的效率，提高轴承的寿命。
作为优选，本发明更进一步的技术方案为：
复合转子包括内部中空的转轴，转轴内填充有低磁导率材料，转轴的外圆周表面上设置有与定子相适配的电机转子永磁体，并且电机转子永磁体的两端上分别设置有与径向磁悬浮轴承定子相适配的径向磁悬浮轴承转子永磁体，复合转子上套装有钛合金护套且两者过盈配合，复合转子的内部采用低磁导率材料填充，对电机转子永磁体与径向磁悬浮轴承转子永磁体之间进行隔磁，以防止磁场干涉，影响径向磁悬浮轴承定子的悬浮效果。
定子包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯的内表面和外表面上分别间隔布置有若干个定子内齿和定子外齿，相邻的两个定子内齿和相邻的两个定子外齿之间分别设置有齿槽，内槽的数量是外槽数量的两倍，两个内槽对应一个外槽；定子的结构设计改变了传统定子绕组的绕线方式，定子绕组取代了轴向的绕组端部所占用的空间，缩短了复合转子的长度并且解决了复合转子刚度低的问题，同时，避免节距过大，绕线方便，节省铜线，而且，解决了绕组端部过热的情况，增强了散热能力，也减小了高速电机的体积，提升功率密度。
定子内齿和定子外齿的横截面为T字形结构；能够增大定子的散热面积，且定子外齿直接接触电机机壳，有助于绕组传热，同时，便于定子绕组22缠绕固定，防止运行中滑脱，同时能提高点击散热能力。
齿状散热片通过螺栓与径向磁悬浮轴承定子连接，齿状散热片与定子绕组之间设置有散热通道，齿状散热片的半径小于定子的半径；设计齿状散热片能够避免两套径向磁悬浮轴承定子的磁场干扰。
附图说明
图1是本发明实施例主视结构的示意图；
图2是本发明实施例定子的结构示意图；
图中：复合转子1；转轴11；电机转子永磁体12；径向磁悬浮轴承转子永磁体13；钛合金护套14；定子2；定子铁芯21；定子内齿211；定子外齿212；外槽213；内槽214；定子绕组22；径向磁悬浮轴承定子3；电机壳体4；端盖5；轴向磁悬浮轴承6；齿状散热片7。
具体实施方式
通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本发明的技术方案所限定的保护范围。
参见图1至图2所示，本发明技术方案如下：
一种高速电机，包括复合转子1，复合转子1上套装有定子2，定子2两侧的复合转子1上分别套装有径向磁悬浮轴承定子3，定子2上套装有电机壳体4，电机壳体4的一端通过端盖5与径向磁悬浮轴承定子3连接，端盖5与电机壳体4通过螺栓固定，端盖5安装完后固定定子2，端盖5与电机壳体4内的限位器一同固定定子2，防止定子2轴向移动，电机壳体4的另一端通过径向磁悬浮轴承定子3连接有轴向磁悬浮轴承6，定子2与径向磁悬浮轴承定子3之间分别安装有轴向的齿状散热片7；轴向磁悬浮轴承6安装在电机非散热端的端盖上，轴向磁悬浮轴承6端盖凹陷处尺寸与轴向磁悬浮轴承6线圈尺寸一致，端盖5上设置有多个散热孔，用于轴向磁悬浮线圈散热；两个径向磁悬浮轴承通过定子电磁线圈与转子永磁体的磁力控制实现轴的径向方向的悬浮平衡，位于端盖5处的轴向磁悬浮轴承6为电磁线绕制而成，其作用为防止高速电机轴在轴向进行窜动；两个径向磁悬浮轴承和一个轴向磁悬浮轴承6共同作用实现三自由度的悬浮平衡状态。
复合转子1包括内部中空的转轴11，转轴11内填充有低磁导率材料，转轴11的外圆周表面上设置有与定子2相适配的电机转子永磁体12，并且电机转子永磁体12的两端上分别安装有与径向磁悬浮轴承定子3相适配的径向磁悬浮轴承转子永磁体13，电机转子永磁体12为圆柱体状，径向磁悬浮轴承转子永磁体为瓦状，嵌在转轴11的表面，复合转子1上套装有钛合金护套14且两者过盈配合，由于钛合金护套14刚性强度大，并且钛合金护套14的膨胀系数大于复合转子1，能够防止钛合金护套14松脱，复合转子1的内部采用低磁导率材料填充，对电机转子永磁体12与径向磁悬浮轴承转子永磁体13之间进行隔磁，以防止磁场干涉，影响径向磁悬浮轴承定子3的悬浮效果，安装复合转子1时先从轴向磁悬浮轴承6的一侧将复合转子1放入，然后再安装轴向磁悬浮轴承6。
定子包括定子铁芯21和定子绕组22，定子铁芯21的内表面和外表面上分别间隔布置有二十四个定子内齿211和十二个定子外齿212，相邻的两个定子内齿211和相邻的两个定子外齿212之间分别设置有齿槽，内槽214的数量是外槽213数量的两倍，两个内槽214对应一个外槽213。定子2的结构设计改变了传统定子绕组22的绕线方式，定子绕组22取代了轴向的绕组端部所占用的空间，缩短了复合转子1的长度并且解决了复合转子1刚度低的问题，同时，避免节距过大，绕线方便，节省铜线，而且，解决了绕组端部过热的情况，增强了散热能力，也减小了高速电机的体积，提升功率密度。
定子内齿211和定子外齿212的横截面为T字形结构；能够增大定子的散热面积，且定子外齿212直接接触电机机壳，有助于绕组传热，同时，便于定子绕组22缠绕固定，防止运行中滑脱，同时能提高点击散热能力。
齿状散热片7通过螺栓与径向磁悬浮轴承定子3连接，齿状散热片7与定子绕组22之间设置有散热通道，齿状散热片7的半径小于定子2的半径；设计齿状散热片7能够避免两套径向磁悬浮轴承定子3的磁场干扰。齿状散热片7与定子绕组22端部保持一定空隙，防止挤压使绕组端部绝缘层损坏。
定子绕组22的绕线方式：从第一槽开始绕制第一相绕组线圈边，将第一槽的导体嵌入后将导体绕向第一槽对应的外槽，绕外槽后导线继续绕入第二个内槽，第二内槽同样绕出到第一外槽，一个外槽平行的绕有两个线圈边；两个内槽线圈边绕向同一个外槽，依次类推；绕完A相绕组线圈后，在定子顶端处将A相线圈导线头连接焊接，并接出进线和出线两个线头；依次绕制B相和C相绕组。
本发明通过磁悬浮轴承的复合支撑结构的设计，使高速电机实现了无摩擦的三自由度平衡悬浮状态，由于高速电机在运行过程中没有任何摩擦，从而解决了传统轴承高速下磨损大，寿命短的问题，并且提升了高速电机的效率，提高轴承的寿命。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (1)

1.一种高速电机，其特征在于：包括复合转子，复合转子上套装有定子，定子两侧的复合转子上分别套装有径向磁悬浮轴承定子，定子上套装有电机壳体，电机壳体的一端通过端盖与径向磁悬浮轴承定子连接，电机壳体的另一端通过径向磁悬浮轴承定子连接有轴向磁悬浮轴承，定子与左右2个径向磁悬浮轴承定子之间分别设置有轴向的齿状散热片；复合转子包括内部中空的转轴，转轴内填充有低磁导率材料，转轴的外圆周表面上设置有与定子相适配的电机转子永磁体，并且电机转子永磁体的两端上分别设置有与径向磁悬浮轴承定子相适配的径向磁悬浮轴承转子永磁体，复合转子上套装有钛合金护套且两者过盈配合；定子包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯的内表面和外表面上分别间隔布置有若干个定子内齿和定子外齿，相邻的两个定子内齿和相邻的两个定子外齿之间分别设置有齿槽，内槽的数量是外槽数量的两倍，两个内槽对应一个外槽；定子内齿和定子外齿的横截面为T字形结构；齿状散热片通过螺栓与径向磁悬浮轴承定子连接，齿状散热片与定子绕组之间设置有散热通道，齿状散热片的半径小于定子的半径。
CN202110171397.0A 2021-02-08 2021-02-08 高速电机 Active CN112838689B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110171397.0A CN112838689B (zh) 2021-02-08 2021-02-08 高速电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110171397.0A CN112838689B (zh) 2021-02-08 2021-02-08 高速电机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112838689A CN112838689A (zh) 2021-05-25
CN112838689B true CN112838689B (zh) 2022-09-09

Family

ID=75930937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110171397.0A Active CN112838689B (zh) 2021-02-08 2021-02-08 高速电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112838689B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29923359U1 (de) * 1999-02-12 2000-08-03 Ver Energiewerke Ag Schwungmasse - Energiespeicher mit einem Elektromotor/Generator
CN1945940A (zh) * 2006-07-18 2007-04-11 沈阳工业大学 一种整体永磁转子磁悬浮高速电机
CN101413440A (zh) * 2008-11-26 2009-04-22 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 微型燃气轮机发电机组
CN102828973A (zh) * 2012-09-20 2012-12-19 湖南大学 永磁同步磁悬浮高速电机直驱空气压缩机
CN107124069A (zh) * 2017-06-15 2017-09-01 深圳麦格动力技术有限公司 一种磁悬浮转子支承系统、磁悬浮电机及吸尘器
CN107476833A (zh) * 2017-06-14 2017-12-15 南京航空航天大学 零泄漏自冷却的磁悬浮透平膨胀发电机及系统与方法
CN207868972U (zh) * 2018-03-09 2018-09-14 哈尔滨理工大学 一种高速永磁电机结构
CN211693236U (zh) * 2019-04-13 2020-10-16 赵若妍 五自由度磁悬浮轴承系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29923359U1 (de) * 1999-02-12 2000-08-03 Ver Energiewerke Ag Schwungmasse - Energiespeicher mit einem Elektromotor/Generator
CN1945940A (zh) * 2006-07-18 2007-04-11 沈阳工业大学 一种整体永磁转子磁悬浮高速电机
CN101413440A (zh) * 2008-11-26 2009-04-22 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 微型燃气轮机发电机组
CN102828973A (zh) * 2012-09-20 2012-12-19 湖南大学 永磁同步磁悬浮高速电机直驱空气压缩机
CN107476833A (zh) * 2017-06-14 2017-12-15 南京航空航天大学 零泄漏自冷却的磁悬浮透平膨胀发电机及系统与方法
CN107124069A (zh) * 2017-06-15 2017-09-01 深圳麦格动力技术有限公司 一种磁悬浮转子支承系统、磁悬浮电机及吸尘器
CN207868972U (zh) * 2018-03-09 2018-09-14 哈尔滨理工大学 一种高速永磁电机结构
CN211693236U (zh) * 2019-04-13 2020-10-16 赵若妍 五自由度磁悬浮轴承系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112838689A (zh) 2021-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103580383B (zh) 一种转子采用混合保护的风水混合冷却高速永磁电机
EP1926196A2 (en) Permanent magnet electrical rotating machine, wind power generating system, and a method of magnetizing a permanent magnet
CN1881755B (zh) 感应马达
CN107196480A (zh) 一种定子浸油循环冷却且分段电枢的轴向磁通盘式电动机
US8841809B2 (en) Synchronous brushless multipolar machine having immobile armature and field windings
WO2007124195A2 (en) Stator coil assembly
CN114024379B (zh) 一种定子永磁型轴向磁场永磁电机的冷却系统
CN109904951A (zh) 超高速永磁盘式电机及其安装方法
CN101741198B (zh) 高功率密度强制风冷高频永磁同步电机
CN207504659U (zh) 超高速永磁盘式电机
CN209375319U (zh) 一种风冷式永磁开关磁阻电动机
CN204858923U (zh) 一种用于锻压机的直驱式永磁交流伺服电机
CN112838689B (zh) 高速电机
CN101572467B (zh) 高效率高速永磁同步电机
CN203942352U (zh) 一种用于车削类电主轴的内嵌式永磁同步电机
CN210468916U (zh) 一种永磁电机
CN110601390A (zh) 一种永磁电机
JP2015505662A (ja) エネルギー変換システムの成型セグメント及びそのようなセグメントの製造
US20050067918A1 (en) Industrial motor assembly comprising a vented rotor shaft
CN2879508Y (zh) 电动车用机电一体化电机
CN101626182B (zh) 一种6极外转子电容运转异步电机
CN219611579U (zh) 新型电机
CN220457186U (zh) 一种用于电动羊毛剪的无槽无刷电机
CN220457183U (zh) 一种利于散热的背绕式电机定子结构
CN212627341U (zh) 一种非晶合金高速电机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant