(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011023542.2
(22)申请日 2020.09.25
地址 044500 山西省运城市永济市电机大
街18号
(72)发明人 程铭 贺志学 丁涛 靳宏杰
(74)专利代理机构 太原科卫专利事务所(普通
合伙) 14100
代理人 朱源
(51)Int.Cl.
H02K 7/09(2006.01)
H02K 5/16(2006.01)
H02K 11/21(2016.01)
交流汇流箱H02K 11/215(2016.01)
H02K 9/00(2006.01)
H02K 1/20(2006.01)H02K 1/32(2006.01)H02K 5/20(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及大功率高速电机，具体为一种大
功率高速磁悬浮永磁电机。本发明采用主动式磁
悬浮轴承，由两个径向轴承、一个轴向轴承、两个热电偶校验装置
驱动链轮安装有辅助轴承，可实现主动控制，可以在整个
循环水旁滤器
转速范围内调节轴系的动态性能，完全无接触，
不需要润滑，使用寿命长。本发明采用主动式磁
悬浮轴承可以减小整机损耗、省却冷却装置、提
高整体寿命、维护方便。大功率高速磁悬浮永磁
电机具有转速高、功率大、省却减速箱等特点，在
使用寿命、可靠性、噪声及振动方面都得到很大
的改善，
电气及机械结构可靠。权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 112242778 A 2021.01.19
C N 112242778
A
1.一种大功率高速磁悬浮永磁电机，包括机座（3）、定子装配（4）和转子装配（5），其特征在于：还包括由前辅助轴承（1）、传动端传感器（14）和传动端径向磁悬浮轴承（2）构成的前端盖系统，由非传动端端盖（6）、后辅助轴承（11）、非传动端径向磁悬浮轴承（7）、轴向磁悬浮轴承（20）、非传动端传感器（15）构成的后端盖系统；机座前端与前端盖系统进行装配，转轴传动端部位热套传动端径向磁悬浮轴承铁心和传动端传感器铁心，机座前端与传动端径向磁悬浮轴承（2）定子部分进行装配，前辅助轴承（1）位于前径向磁悬浮轴承（2）前端并与前径向磁悬浮轴承（2）定子部分装配，传动端传感器（14）定子部分与前径向磁悬浮轴承（2）定子部分装配，机座后端与后端盖系统进行装配，转轴非传动端热套非传动端径向磁悬浮轴承铁心、非传动端传感器铁心和轴向磁悬浮轴承（20）的推力盘（19），机座后端与非传动端端盖（6）装配，非传动端端盖（6）与非传动端径向磁悬浮轴承（7）定子部分装配，轴向磁悬浮轴承（20）位于非传动端径向磁悬浮轴承（7）右端且定子部分与非传动端径向磁悬浮轴承（7）定子部分装配，后辅助轴承（11）位于轴向磁悬浮轴承（20）右端且与轴向磁悬浮轴承（20）定子部分装配；磁悬浮轴承处于未悬浮状态时，转轴由前辅助轴承（1）、后辅助轴承（11）支撑。 2.根据权利要求1所述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，其特征在于：为保证传感器定子部分与转子部分上的铁心部位对中，在传动端传感器（14）定子部分右侧装配有传动端位置传感器调整垫（21），在非传动端传感器（15）定子部分左侧装配有非传动端位置传感器调整垫（22）；为保证轴向磁悬浮轴承（20）和推力盘（19）的间隙，在轴向磁悬浮轴承压圈（9）左侧装配有第一调整垫圈（8），为保证后辅助轴承（11）与推力盘（19）的间隙，在轴向磁悬浮轴承压圈（9）右侧装配有第二调整垫圈（10）。
3.根据权利要求2所述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，其特征在于：后端盖系统还包括旋转变压器（12）和旋变端盖（13），旋转变压器（12）装配于后辅助轴承（11）右侧，旋转变压器（12）铁心热套在转轴非传动端，旋转变压器（12）的定子部分和后辅助轴承（11）装配，外部由旋变外盖（13）保护。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，其特征在于：转子装配（5）上装配有转子压圈并热套于转轴上，转轴上热套电机转子铁心，并在铁心留有轴向通风孔，在电机转子铁心左侧装配永磁体挡板和压圈，完成后在电机转子铁心外部表面贴永磁体，在转子铁心表面留有空隙以填充密封胶进行固定，装配完永磁体后，在电机转子铁心右侧装配永磁体挡板和压圈，在其最外侧利用止动垫片锁死，装配完成后利用圆螺母进行紧固，为防止永磁体因无法承受转子高速旋转时产生的巨大离心力而被破坏，在永磁体外部缠绕有高强度碳纤维丝，通过调质胶凝固成一层碳纤维保护套。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，其特征在于：机座采用钢板筒体焊接结构，筒体部分采用钢板卷制焊接而成，筒体内圆周和轴向均分布有加强筋，轴向筋内径小于圆周方向加强筋内径，形成轴向通风通道，轴向筋与定子铁心外圆过盈装配为一体，定子铁心和定子绕组构成定子装配（4），在铁心中嵌入线圈后真空压力浸漆并进行旋转烘焙。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，其特征在于：为满足电机在高速下稳定功率的输出，采用的措施是以运行转速最高点为基频点，优化电磁方案，平衡电机反电势、电压及电流的关系，同时兼顾反电势影响，平衡优化永磁体磁通、漏磁、机
械强度方面要求，为了更有效地利用有限的空间结构，提高气隙磁密，同时考虑到稀土永磁体的矫顽力高，永磁体磁化方向长度可以较小，采用径向瓦片形永磁体转子磁路结构。
7.根据权利要求3所述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，其特征在于：机座上安装主接线盒（16）和控制线接线盒（17），定子绕组引出线从绕组接线头引出与主接线盒（16）中的铜排连接，传动端径向磁悬浮轴承（2）控制线和传动端传感器（14）信号线沿机座内壁由蚂蟥钉固定，沿着定子铁心外圆通风通道进入控制线接线盒（17）上部位，非传动端径向磁悬浮轴承（7）控制线、非传动端传感器（15）控制线和旋转变压器（12）信号线进入控制线接线盒（17）下部位，整体实现电机强、弱电接线分离，提高安全性和可靠性，同时便于磁悬浮轴承控制器和变频器联线。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，其特征在于：定子铁心采用冷轧、高频电工钢片叠压而成，采用斜槽结构，两端设有端板以限制齿涨，并采用斜角拉板焊接的方式与两端的压圈固定为坚固的整体；定子绕组为斜槽成型硬绕组；采用斜槽结构可以有效的改善电动势波形和减小磁极表面的损耗。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，其特征在于：永磁体选取了对温度敏感性不高、剩磁相对较高的钐钴材料，可以实现在一定运行温度范围内其输出功率波动小，同时也减小电机由温度高导致的失磁风险。
10.根据权利要求1或2或3所述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，其特征在于：机座（3）外部装配有防尘罩（18）。
一种大功率高速磁悬浮永磁电机
技术领域
[0001]本发明涉及大功率高速电机，具体为一种大功率高速磁悬浮永磁电机。
背景技术
[0002]与传统的非直驱系统相比，采用高速电机直驱之后，传动系统的体积和重量明显降低，在使用寿命、可靠性、噪声及振动方面都得到很大的改善，因此高速电机在储能飞轮、压缩机、高速鼓风机、高速水泵以及分布式发电系统等各工业领域有广泛的应用空间。但随着功率的增大和转速的升高，采用传统的滚珠轴承越来越难以满足，其转子受其刚度系数的影响也越来越靠近临界转速，甚至不负刚性转子，同时其损耗和散热问题也越来越突出。与传统的滚珠轴承相比，磁悬浮轴承具有无接触、不需要润滑和密封、振动小、使用寿命长、维护费用低等一系列优良品质。
[0003]目前在高速电机中应用的轴承主要有：滚珠轴承、充油轴承、空气轴承和磁悬浮轴承，但大多都只适用于中小功率的高速电机。现有的大功率高速永磁电机普遍采用滑动轴承（主要转速范围为10000～20000r/min，功率范围为500kW～1000kW），但其损耗大，发热严重，需要配置单独的冷却设备，现有的中小功率高速电机已部分采用磁悬浮轴承，但都规模较小，且装配简单易实现。随着功率的增大，高速电机不可避免的采用多零件装配结构，如果不对零部件加工精度提高，其累计的公差也越来越大，已难以满足磁悬浮轴承提出的高精密要求；如果提高零部件的加工精度，其成本也随之升高，且累计的公差不可避免的缩小磁悬浮轴承所对应的公差工作范围。因此采用传统的电机结构已难以满足大功率高转速磁悬浮轴承的要求。
发明内容
[0004]本发明为了解决大功率高速永磁电机在高速运行下转子结构的设计、高速大功率磁悬浮轴承的结构布局及实现、高效冷却风路的设计等问题，提供了一种大功率高速磁悬浮永磁电机。
[0005]本发明是采用如下的技术方案实现的：一种大功率高速磁悬浮永磁电机，包括机座、定子装配和转子装配，还包括由前辅助轴承、传动端传感器和传动端径向磁悬浮轴承构成的前端盖系统，由非传动端端盖、后辅助轴承、非传动端径向磁悬浮轴承、轴向磁悬浮轴承、非传动端传感器构成的后端盖系统；机座前端与前端盖系统进行装配，转轴传动端部位热套传动端径向磁悬浮轴承铁心和传动端传感器铁心，机座前端与传动端径向磁悬浮轴承定子部分进行装配，前辅助轴承位于前径向磁悬浮轴承前端并与前径向磁悬浮轴承定子部分装配，传动端传感器定子部分与前径向磁悬浮轴承定子部分装配，机座后端与后端盖系统进行装配，转轴非传动端热套非传动端径向磁悬浮轴承铁心、非传动端传感器铁心和轴向磁悬浮轴承的推力盘，机座后端与非传动端端盖装配，非传动端端盖与非传动端径向磁悬浮轴承定子部分装配，轴向磁悬浮轴承位于非传动端径向磁悬浮轴承右端且定子部分与非传动端径向磁悬浮轴承定子部分装配，后辅助轴承位于轴向磁悬浮轴承右端且与轴向磁
悬浮轴承定子部分装配；磁悬浮轴承处于未悬浮状态时，转轴由前辅助轴承、后辅助轴承支撑。本发明采用主动式磁悬浮轴承，由两个径向轴承、一个轴向轴承、两个位置传感器组成。同时分别在传动端和非传动端安装有辅助轴承，可实现主动控制，可以在整个转速范围内调节轴系的动态性能，完全无接触，不需要润滑，使用寿命长。本发明采用主动式磁悬浮轴承可以减小整机损耗、省却冷却装置
、提高整体寿命、维护方便。
[0006]上述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，为保证传感器定子部分与转子部分上的铁心部位对中，在传动端传感器定子部分右侧装配有传动端位置传感器调整垫，在非传动端传感器定子部分左侧装配有非传动端位置传感器调整垫；为保证轴向磁悬浮轴承和推力盘的间隙，在轴向磁悬浮轴承压圈左侧装配有第一调整垫圈，为保证后辅助轴承与推力盘的间隙，在轴向磁悬浮轴承压圈右侧装配有第二调整垫圈。
[0007]上述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，后端盖系统还包括旋转变压器和旋变端盖，旋转变压器装配于后辅助轴承右侧，旋转变压器铁心热套在转轴非传动端，旋转变压器的定子部分和后辅助轴承装配，外部由旋变外盖保护。
[0008]上述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，转子装配上装配有转子压圈并热套于转轴上，转轴上热套电机转子铁心，并在铁心留有轴向通风孔，在电机转子铁心左侧装配永磁体挡板和压圈，完成后在电机转子铁心外部表面贴永磁体，在转子铁心表面留有空隙以填充密封胶进行固定，装配完永磁体后，在电机转子铁心右侧装配永磁体挡板和压圈，在其最外侧利用止动垫片锁死，装配完成后利用圆螺母进行紧固，为防止永磁体因无法承受转子高速旋转时产生的巨大离心力而被破坏，在永磁体外部缠绕有高强度碳纤维丝，通过调质胶凝固成一层碳纤维保护套。
[0009]上述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，机座采用钢板筒体焊接结构，筒体部分采用钢板卷制焊接而成，筒体内圆周和轴向均分布有加强筋，轴向筋内径小于圆周方向加强筋内径，形成轴向通风通道，轴向筋与定子铁心外圆过盈装配为一体，定子铁心和定子绕组构成定子装配，在铁心中嵌入线圈后真空压力浸漆并进行旋转烘焙。
全自动真石漆生产设备[0010]上述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，为满足电机在高速下稳定功率的输出，采用的措施是以运行转速最高点为基频点，优化电磁方案，平衡电机反电势、电压及电流的关系，同时兼顾反电势影响，平衡优化永磁体磁通、漏磁、机械强度方面要求，为了更有效地利用有限的空间结构，提高气隙磁密，同时考虑到稀土永磁体的矫顽力高，永磁体磁化方向长度可以较小，采用径向瓦片形永磁体转子磁路结构。
三体船
[0011]上述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，机座上安装主接线盒和控制线接线盒，定子绕组引出线从绕组接线头引出与主接线盒中的铜排连接，传动端径向磁悬浮轴承控制线和传动端传感器信号线沿机座内壁由蚂蟥钉固定，沿着定子铁心外圆通风通道进入控制线接线盒上部位，非传动端径向磁悬浮轴承控制线、非传动端传感器控制线和旋转变压器信号线进入控制线接线盒下部位，整体实现电机强、弱电接线分离，提高安全性和可靠性，同时便于磁悬浮轴承控制器和变频器联线。
[0012]上述的一种大功率高速磁悬浮永磁电机，定子铁心采用冷轧、高频电工钢片叠压而成，采用斜
槽结构，两端设有端板以限制齿涨，并采用斜角拉板焊接的方式与两端的压圈固定为坚固的整体；定子绕组为斜槽成型硬绕组；采用斜槽结构可以有效的改善电动势波形和减小磁极表面的损耗。
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