一種空壓機(jī)用高速電機(jī)電磁結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空壓機(jī)用高速電機(jī)電磁結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]空壓機(jī)作為工業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)產(chǎn)品，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、電力、造船、輕工業(yè)、航空航天、汽車等領(lǐng)域，空壓機(jī)還可應(yīng)用于新能源汽車燃料電池系統(tǒng)，其是供氣系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，因此，空壓機(jī)的性能好壞會(huì)直接影響燃料電池系統(tǒng)的效率、緊湊度及空氣加濕性。而在目前的技術(shù)發(fā)展過程中，燃料電池系統(tǒng)中的空壓機(jī)必須滿足無油、小型、高壓、低噪和耗功少的要求。而作為空壓機(jī)的核心部件，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)上述要求的基本前提，也是空壓機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。
[0003]為了在體積小、質(zhì)量輕、功耗小的前提下，又能夠提供高壓氣體，高速電機(jī)是空壓機(jī)的首選。高速電機(jī)具有功率密度大、尺寸小、響應(yīng)快、可直接與高速機(jī)械設(shè)備連接等優(yōu)點(diǎn)。但在工作過程中，由于高速電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子部分需要承受非常大的離心力，這就必須要求具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，這也對定子、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。對于永磁電機(jī)來說，轉(zhuǎn)子強(qiáng)度問題更為突出，必須對永磁體采取保護(hù)措施。一般采用兩種方法:一是在永磁體外加非導(dǎo)磁高強(qiáng)度合金加固套；二是采用碳纖維綁扎永磁體。在高速電機(jī)的設(shè)計(jì)中，由于功率密度的增加和總體散熱面積的減小，有效的散熱和冷卻方式也是一個(gè)重要問題。其次，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速高和繞組電流頻率高，同樣也帶來了轉(zhuǎn)子的高頻渦流損耗增加的問題。這些問題都需要在具體電機(jī)設(shè)計(jì)方案中得到綜合考慮并加以解決。
[0004]專利CN102801267A介紹了一種實(shí)心轉(zhuǎn)子高速電機(jī)，該電機(jī)采用實(shí)心的轉(zhuǎn)軸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沖片疊片方式制成了轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)軸的直徑加粗到極限尺寸，提高了電機(jī)的極限轉(zhuǎn)速。在轉(zhuǎn)軸的表面開槽，嵌鑲銅導(dǎo)電條，銅導(dǎo)電條和兩端銅端環(huán)焊接在一起，構(gòu)成啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)鼠籠。
[0005]專利CN102983680A介紹了一種風(fēng)水混合冷卻高速永磁電機(jī)，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、永磁體及碳纖維護(hù)套組成，永磁體貼在外圓表面，碳纖維護(hù)套包在永磁體外圍。定子上用于設(shè)置繞組的定子槽為矩形槽，繞組分上、下兩層，采用分?jǐn)?shù)槽短距繞組，定子槽的槽口上部留有內(nèi)風(fēng)道，繞組嵌入定子槽中，定子鐵心由超薄低損耗冷軋無取向電工鋼片疊壓而成。從機(jī)械上解決永磁體在高速旋轉(zhuǎn)情況下受較大的拉應(yīng)力而發(fā)生破碎的問題，還解決了大功率高速電機(jī)損耗密度大，溫升過高的問題。
[0006]專利CN103078430A介紹了一種轉(zhuǎn)子永磁成環(huán)形均布的永磁電機(jī)，其電機(jī)轉(zhuǎn)軸的柱面內(nèi)側(cè)沿圓周成環(huán)形均布排列有槽，每個(gè)槽都是獨(dú)立的互不相連的，永磁體放在槽內(nèi)構(gòu)成永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子主體，兩端芯軸固定在軸兩端。提高了永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子材料利用率和強(qiáng)度，可承受更高的轉(zhuǎn)速和應(yīng)力，并具有較小的渦流損耗，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，輸出效率高的特點(diǎn)。
[0007]專利CN103078459A介紹了一種無鐵芯永磁電機(jī)，其定子為空心杯型繞組，轉(zhuǎn)子為雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子安裝永磁體，外轉(zhuǎn)子采用導(dǎo)磁較好的軟磁材料，內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體勵(lì)磁磁場通過線圈進(jìn)入外轉(zhuǎn)子，使外轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁磁場同步，減小渦流損耗，提高了效率。降低了高速電機(jī)的鐵耗，同時(shí)提高了電機(jī)的功率密度，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，有效解決了電機(jī)高速下發(fā)熱的問題。
[0008]專利CN103151862A介紹了一種高速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)轉(zhuǎn)子是空心結(jié)構(gòu)，其表面加裝有兩層不同材料的永磁體，永磁體外表面有金屬薄環(huán)，金屬薄環(huán)外表面過盈裝配加金剛保護(hù)套，定子材料是硅鋼片，金屬薄環(huán)將電機(jī)正常工作時(shí)永磁體多余的熱量及時(shí)導(dǎo)出，永磁體的布局，可以使電機(jī)輸出電動(dòng)勢波形，氣隙磁密波形，齒槽效應(yīng)波形曲線更加光滑，同時(shí)還可以提高電機(jī)平均轉(zhuǎn)矩值，提高電機(jī)輸出功率的穩(wěn)定性，減小了渦流損耗，并且降低了永磁體在工作時(shí)的溫度，實(shí)現(xiàn)了高速電機(jī)大功率超高速的運(yùn)行。
[0009]專利CN103490541A介紹了一種高速電機(jī)自冷卻轉(zhuǎn)子，芯軸的中間位置設(shè)置有鐵心，在護(hù)套和鐵心之間設(shè)置有永磁體，永磁體中設(shè)置有將永磁體分隔開的若干C型隔磁導(dǎo)條，C型隔磁導(dǎo)條的中心槽形成高速電機(jī)自冷卻轉(zhuǎn)子的冷卻通道，冷卻通道末端與護(hù)套上的排氣孔聯(lián)通，高速電機(jī)自冷卻轉(zhuǎn)子的一端設(shè)有供冷卻空氣進(jìn)入的中心孔，中心孔延伸至鐵心，進(jìn)而有效地將轉(zhuǎn)子中的熱量傳遞出來，避免轉(zhuǎn)子過熱所產(chǎn)生的危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種整體結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)速高、機(jī)械強(qiáng)度高、諧波損耗小的空壓機(jī)用高速電機(jī)電磁結(jié)構(gòu)。
[0011]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0012]一種空壓機(jī)用高速電機(jī)電磁結(jié)構(gòu)，該電磁結(jié)構(gòu)包括定子鐵芯、設(shè)置在定子鐵芯上的定子繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯以及卡嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯表面的永磁體，所述的定子鐵芯上沿圓周均勻布設(shè)有多列定子槽，所述的定子繞組采用三層低諧波同心繞組的連接方式設(shè)置在定子槽中，所述的轉(zhuǎn)子鐵芯的表面沿圓周均勻布設(shè)有多個(gè)楔形槽，相鄰兩楔形槽之間設(shè)有楔形臂，該楔形臂上設(shè)有用于提高氣隙磁密幅值的空氣隔磁孔，所述的永磁體卡嵌在楔形槽中，工作時(shí)，在轉(zhuǎn)子鐵芯高速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，所述的楔形臂對永磁體產(chǎn)生徑向壓力，將永磁體壓緊在轉(zhuǎn)子鐵芯表面。
[0013]所述的定子鐵芯采用非晶合金制備而成。
[0014]所述的非晶合金優(yōu)選鐵基非晶合金。
[0015]所述的三層低諧波同心繞組的連接方式為:所述的定子繞組共設(shè)有三層，沿徑向由內(nèi)向外依次展開，并且每層定子繞組的匝數(shù)比例依次為26.6%、31.0%、42.4%。
[0016]所述的楔形槽共設(shè)有4個(gè)或6個(gè)或8個(gè)，沿軸向設(shè)置在所述的轉(zhuǎn)子鐵芯的表面上，所述的永磁體沿軸向卡嵌在楔形槽中。
[0017]所述的楔形槽的槽角為45°?60°。
[0018]所述的空氣隔磁孔為T形空氣隔磁孔。
[0019]所述的空氣隔磁孔設(shè)置在楔形臂上，并且所述的空氣隔磁孔的面積為楔形臂面積的 1/3 ?1/2。
[0020]本發(fā)明一種空壓機(jī)用高速電機(jī)電磁結(jié)構(gòu)，可以滿足轉(zhuǎn)速高、功率密度大、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊的要求。由于高速電機(jī)的高轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)子受到很大的離心力，尤其是設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵芯表面上的永磁體，因此，通過在轉(zhuǎn)子鐵芯表面上開設(shè)楔形槽，并通過楔形臂的將永磁體牢牢地固定在楔形槽中，能有效增加轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，并提高運(yùn)行安全性。同時(shí)，在磁極之間添加空氣隔磁孔結(jié)構(gòu)，這樣既減輕了電機(jī)的重量，又可以減少漏磁，提高氣隙磁密幅值，有效增加轉(zhuǎn)子的散熱面積。
[0021]針對傳統(tǒng)硅鋼電機(jī)耗電量大，并且在高頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因鐵損急劇增加、鐵芯溫度迅速升高而導(dǎo)致電機(jī)故障的問題，高速電機(jī)的定子材料選擇了鐵損低、導(dǎo)磁率高、機(jī)械強(qiáng)度高的非晶合金材料。為使定子繞組產(chǎn)生的磁場與永磁體產(chǎn)生的磁場可以有一個(gè)最佳配合，以最大程度地削弱諧波損耗，定子繞組采用區(qū)別于傳統(tǒng)兩層均布繞組的三層低諧波同心繞組，即每個(gè)定子槽中設(shè)有三層定子繞組，各層匝數(shù)比例不同，每相繞組通過在三層不同的匝數(shù)配比26.6%,31.0%和42.4%，使其產(chǎn)生的磁勢接近正弦波，進(jìn)而達(dá)到減小損耗的目的。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具