一种永磁发电机结构的制作方法

1.本发明涉及发电机领域，特别涉及一种永磁发电机结构。


背景技术：

2.永磁发电机是指由热能转变的机械能转化为电能的发电装置。永磁发电机的转子是由强磁性的铁氧体加工而成没有转子线圈，当转子由外力带动旋转时，相当于定子线圈切割磁力线，产生感生电压发电，永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场。
3.如现有公开号为cn102315710a的中国专利，公开了永磁发电机的永磁体固定结构，其包括转子筒，沿所述转子筒表面周向间隔设置的永磁体；沿所述转子筒表面周向的所述永磁体之间设有用于固定所述永磁体的极靴，所述极靴的两侧面分别设有用于压紧两侧永磁体的突出部；所述永磁体通过其两侧相邻的所述极靴固定在所述转子筒表面。
4.上述的专利存在着一些缺点，如：永磁发电机的结构复杂，需要改进。


技术实现要素：

5.针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种永磁发电机结构，以解决背景技术中提到的问题。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种永磁发电机结构，包括机壳，所述机壳中转动连接有转轴，所述转轴的外部固定有转子，所述机壳在转子的外部设置有定子，所述定子上开设有若干绕组槽楔，若干所述绕组槽楔中分别盘绕有绕组线圈，所述转子中开设有若干用于嵌入磁片的磁片槽楔，若干个所述磁片槽楔内分别设置有永磁体，所述转轴包括杆部、一体成型在所述杆部外部的若干个键卡部，所述转子中开设有若干个与键卡部配合的键卡槽。
8.较佳的，所述转子中磁片槽楔的数量为8，所述定子的绕组槽楔槽数为12，所述定子的齿磁密为1.68，所述定子的轭部磁密为1.46，所述定子的气隙磁密为0.75。
9.较佳的，所述机壳端部安装有轴承，所述转子在杆部的端部具有与杆部一体成型的端轴部，所述端轴部转动连接在轴承中。
10.较佳的，所述端轴部开设有若干个凹槽。
11.较佳的，所述绕组槽楔的槽型采用圆底梯形槽。
12.较佳的，所述绕组线圈采用21根0.8611mm裸铜线并绕，所述绕组线圈的铜满率为56.93％，所述绕组线圈的绕组型式为槽集中绕组，所述绕组线圈的绕组因数为0.866，所述绕组线圈的并联支路数为2，所述绕组线圈的每槽导体数为50。
13.较佳的，所述永磁体的材质为n42uh。
14.较佳的，所述定子的外部开设有若干个弧形的散热槽。
15.综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
16.本永磁发电机结构具有结构简单的优点，永磁体采用内置径向的摆放方式，转子为内转子结构，定子槽型采用圆底梯形槽，可有效增大槽内利用率，提升铜满率，进一步降
低重量，提升功率密度，本方案铜满率为53.57数槽集中绕组，8极12的极槽配合，短距连接，跨距为1有效削弱谐波含量。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图；
18.图2为绕组连接图；
19.图3为额定负载磁密云图；
20.图4为额定负载运行波形图；
21.图5为负载输出电磁功率模拟图；
22.图6为负载输出效率模拟图；
23.图7为负载整流后输出的直流母线电压值模拟图；
24.图8为线反电势波图之一；
25.图9为线反电势波图之二；
26.图10为输出效率map图；
27.图11为300kw 6000rpm转速小的输出端电压；
28.图12为峰值电流400a下的效率云图；
29.图13为峰值转速8000rpm下的效率云图。
30.图中：1、转轴；2、转子；3、定子；4、绕组槽楔；5、绕组线圈；6、磁片槽楔；7、永磁体；8、杆部；9、键卡部；10、键卡槽；11、端轴部；12、凹槽；13、散热槽。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.参考图1和图2，一种永磁发电机结构，包括机壳，所述机壳中转动连接有转轴1，所述转轴1的外部固定有转子2，所述机壳在转子2的外部设置有定子3，所述定子3上开设有若干绕组槽楔4，若干所述绕组槽楔4中分别盘绕有绕组线圈5，所述转子2中开设有若干用于嵌入磁片的磁片槽楔6，若干个所述磁片槽楔6内分别设置有永磁体7，所述转轴1包括杆部8、一体成型在所述杆部8外部的若干个键卡部9，所述转子2中开设有若干个与键卡部9配合的键卡槽10。
33.参考图1和图2，其中所述转子2中磁片槽楔6的数量为8，所述定子3的绕组槽楔4槽数为12，所述定子3的齿磁密为1.68，所述定子3的轭部磁密为1.46，所述定子3的气隙磁密为0.75；所述机壳端部安装有轴承，所述转子2在杆部8的端部具有与杆部8一体成型的端轴部11，所述端轴部11转动连接在轴承中；所述端轴部11开设有若干个凹槽12。
34.参考图1和图2，其中所述绕组槽楔4的槽型采用圆底梯形槽；所述绕组线圈5采用21根0.8611mm裸铜线并绕，所述绕组线圈5的铜满率为56.93％，所述绕组线圈5的绕组型式为槽集中绕组，所述绕组线圈5的绕组因数为0.866，所述绕组线圈5的并联支路数为2，所述绕组线圈5的每槽导体数为50；所述永磁体7的材质为n42uh；所述定子3的外部开设有若干
个弧形的散热槽13。
35.参考图1至图13为了对本永磁发电机结构进行设计，制定了设计指标如下表：
36.额定功率(kw)240额定电压(v)1100额定转速(r/min)6000冷却方式液冷电机总重(kg)小于48短时过载冷态启动功率(kw)300最大功率(kw)350
37.1.采用变频驱动方式。
38.2.冷却方式为液冷。
39.主要参数选取：
40.永磁体材料牌号选择钕铁硼n42uh：常温下br0＝1.31t；hc0＝1069ka/m。
41.(2)定子3、转子2冲片材料采用b35ahv1700，转子2结构采用内置径向磁路；
42.(3)转子2磁极数量为8，定子槽数为12。
43.(4)气隙长度1.0mm。
44.电机设计方案：
45.46.[0047][0048]
有限元仿真结果：
[0049]
电机径向结构图中，永磁体7采用内置径向的摆放方式，转子2为内转子结构，绕组槽楔4采用圆底梯形槽，可有效增大槽内利用率，提升铜满率，进一步降低重量，提升功率密度，本方案铜满率为53.57数槽集中绕组线圈5，8极12的极槽配合，短距连接，跨距为1有效削弱谐波含量。
[0050]
由电机额定工况下，磁密云图、矢量磁位云图可知，电机磁力线走向较好，漏磁较小，永磁体7得到了有效利用，定子3齿磁密为1.68定子轭部磁密为1.46，气隙磁密为0.75合理设置范围内，在满足轻量化性能的同时，电机性能得到了很好的保证。
[0051]
在电磁设计中：
[0052]
1、定子3的组合式设计结构：
[0053]
组合式电机定子3优点：绕线简单，简化生产工艺，方便维修。
[0054]
定子3外观尺寸与其相关的电磁参数设计：
[0055]
该定子3外观尺寸确定了电机的输出性能，同时在保证性能的情况下，最大化降低结构重量。以适应飞机的苛刻重量要求。性能参数：输出电压ac787v，额定功率240kw，过载功率300kw，峰值350kw。额定转速6000每分钟。电磁重量47.05kg.
[0056]
转子2外观尺寸与其相关的电磁参数设计：
[0057]
该转子2外观尺寸确定了电机的输出性能，同时在保证性能的情况下，最大化降低结构重量。以适应飞机的苛刻重量要求。性能参数：输出电压ac787v，额定功率240kw，过载功率300kw，峰值350kw。额定转速6000每分钟。电磁重量47.05kg.
[0058]
机械结构
[0059]
1、电机高强度转轴的三维外观设计：
[0060]
转轴1与轴套的全部受力接触面采用弧形设计结构，最大化降低了在机械受力上的应力集中影响。在采用钛合金材料下，该结构设计保证了转轴1能够承受电机满载的4倍工况，同时重量降低到了985克，在保证性能的情况下，最大化降低结构重量。以适应飞机的苛刻重量要求。
[0061]
2、电机转轴1和轴套的三维外观设计：
[0062]
采用航空高强度铝合金的镂空轴套设计方式和弧形受力面，转子通过镂空孔能将热量快速的传递出来，同时铝合金材料有着优异的导热性和结构强度，在保证性能的情况下，最大化降低结构重量。以适应飞机的苛刻重量要求。
[0063]
3、复合材料壳体的外观设计：
[0064]
该壳体设计采用弧形受力面和镂空结构，壳体的抗疲劳性远比金属材料高，同时该结构能够将高频振动极大的衰减。可将碳纤维的优异特性良好的融入到设计中，同时重量仅为铝壳的三分之一。以适应飞机的苛刻重量要求。
[0065]
4、电机碳纤维端盖的三维设计
[0066]
采用碳纤维材料的端盖设计，降低结构重量和对高频振动的有衰减。
[0067]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种永磁发电机结构，包括机壳，其特征在于：所述机壳中转动连接有转轴(1)，所述转轴(1)的外部固定有转子(2)，所述机壳在转子(2)的外部设置有定子(3)，所述定子(3)上开设有若干绕组槽楔(4)，若干所述绕组槽楔(4)中分别盘绕有绕组线圈(5)，所述转子(2)中开设有若干用于嵌入磁片的磁片槽楔(6)，若干个所述磁片槽楔(6)内分别设置有永磁体(7)，所述转轴(1)包括杆部(8)、一体成型在所述杆部(8)外部的若干个键卡部(9)，所述转子(2)中开设有若干个与键卡部(9)配合的键卡槽(10)。2.根据权利要求1所述的一种永磁发电机结构，其特征在于：所述转子(2)中磁片槽楔(6)的数量为8，所述定子(3)的绕组槽楔(4)槽数为12，所述定子(3)的齿磁密为1.68，所述定子(3)的轭部磁密为1.46，所述定子(3)的气隙磁密为0.75。3.根据权利要求1所述的一种永磁发电机结构，其特征在于：所述机壳端部安装有轴承，所述转子(2)在杆部(8)的端部具有与杆部(8)一体成型的端轴部(11)，所述端轴部(11)转动连接在轴承中。4.根据权利要求3所述的一种永磁发电机结构，其特征在于：所述端轴部(11)开设有若干个凹槽(12)。5.根据权利要求1所述的一种永磁发电机结构，其特征在于：所述绕组槽楔(4)的槽型采用圆底梯形槽。6.根据权利要求1所述的一种永磁发电机结构，其特征在于：所述绕组线圈(5)采用21根0.8611mm裸铜线并绕，所述绕组线圈(5)的铜满率为56.93％，所述绕组线圈(5)的绕组型式为槽集中绕组，所述绕组线圈(5)的绕组因数为0.866，所述绕组线圈(5)的并联支路数为2，所述绕组线圈(5)的每槽导体数为50。7.根据权利要求1所述的一种永磁发电机结构，其特征在于：所述永磁体(7)的材质为n42uh。8.根据权利要求1所述的一种永磁发电机结构，其特征在于：所述定子(3)的外部开设有若干个弧形的散热槽(13)。

技术总结
本发明公开了一种永磁发电机结构，其技术方案要点是：包括环形的转子主体结构，所述转子主体结构的中部开设有供转轴安装的环槽，所述环槽的壁面处开设有若干个供转轴外部的凸出肩卡入的卡入槽，所述转子主体结构内还开设有若干个供磁片插入的磁片槽楔，所述转子主体结构在若干个所述磁片槽楔处分别开设有底端槽，所述底端槽与磁片槽楔之间形成有凸出台阶，所述转子主体结构的外环壁为圆环。本永磁发电机结构具有重量轻、强度大的优点，且结构简单，具有良好的散热能力。具有良好的散热能力。具有良好的散热能力。


技术研发人员：许可达 吴叶楠 张乃山 张瑞
受保护的技术使用者：四川鸿鹏航空航天装备智能制造有限公司
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/7/20