一种用于永磁电机转子碳纤维捆绑的方法与流程

本发明涉及永磁电机技术领域，特别涉及一种用于永磁电机转子碳纤维捆绑的方法。

背景技术：

随着国内电动汽车行业的快速发展，作为关键零部件之一的驱动电机也作为一个单独的行业快速发展。目前用于乘用车驱动的电机主要以永磁同步电机为主，国内主流整机厂家，如北汽、比亚迪、众泰等整车厂家电机都采用的是永磁同步电机。

永磁电机的转子根据磁钢的安装方式可分为“内嵌式”和“表贴式”两种，其中各有优缺点，其主要对比如表1所示。

表1

由于驱动电机的转速均设计得较高，因此目前国内的驱动永磁电机主要采用内嵌式的永磁电机居多，表贴式的永磁电机转子磁钢粘贴于转子表面。当电机转速提高后，转子磁钢粘接的机械强度不够，而因离心力容易脱落，因此表贴式永磁电机很少在电动汽车驱动电机内采用。

下面参考图2和图3分别对内嵌式磁钢和表贴式磁钢的布置进行说明。

如图2所示，对于内嵌式磁钢，铁芯、隔磁桥和极楔为一体结构，即磁钢是嵌入在这一体结构之中。当转子沿转轴旋转时，磁钢受到极楔和隔磁桥的束缚，不会因为离心力而发生脱落。

但是内嵌式磁钢存在以下问题：内嵌式磁钢隔磁桥的存在导致漏磁产生，并且由于磁钢的磁力存在，在插入槽内时会存在很大的斥力，很难安装。

如图3所示，在表贴式结构的磁钢中，磁钢主要靠磁钢本身的磁力和磁钢与铁芯之间胶水的粘贴力形成一体，在低速电机中，这种结构是可靠的，因此在低速电机中应用较多。但在电动汽车驱动电机中，其转速达到6000rpm、甚至10000rpm及以上时，其转子上的磁钢离心力就必须得考虑了。由于磁钢的外围不能用导磁材料进行固定，而且由于磁钢外沿并不是规整的圆，因此该磁钢的固定就成为设计高速表贴式永磁电机的难题。

如何设计一种可以应用在电动汽车驱动电机的表贴式永磁电机，对磁钢进行固定克服高速表贴式永磁电机的难题，是当前电动汽车领域需要解决的一个技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于永磁电机转子碳纤维捆绑的方法，可以增加转子磁钢的机械可靠性，防止电机高速旋转时转子磁钢脱。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种用于永磁电机转子碳纤维捆绑的方法，包括如下步骤：

步骤S1，获取永磁电机转子的最高转速、外径和预设裕度，计算需要捆绑的碳纤维厚度和捆绑层数；

步骤S2，根据所述步骤S1计算出的碳纤维厚度和捆绑层数准备碳纤维材料，并采用碳纤维材料捆绑转子表面的表贴磁钢，以将磁钢与转子铁芯形成一体；

步骤S3，将碳纤维涨紧后围绕转子磁钢表面一圈后，再压紧碳纤维起头；

步骤S4，利用绑扎机械设备，控制碳纤维自行缠绕在转子磁钢表面；

步骤S5，在根据步骤S1计算出的捆绑层数，完成缠绕后，将转子整体放入烘箱内进行固化，固化完成后，即结束整个碳纤维捆绑过程。

进一步，在所述步骤S1中，根据获取的永磁电机转子的最高转速和外径，计算所述永磁电机的转子磁钢的最大离心力，并根据所述最大离心力和预设裕度，计算所述需要捆绑的碳纤维厚度和捆绑层数。

进一步，在所述步骤S2中，将碳纤维的一端固定在转子磁钢外侧的端部，碳纤维的捆扎起头处采用胶水固定粘贴在磁钢外侧的端部。

进一步，在所述步骤S4中，将转子置于转动机械设备或专用的碳纤维绑扎机械设备上，旋转转子，控制碳纤维自行缠绕转子磁钢表面。

进一步，从转子的头端缠绕到尾端一次计为缠绕一层。

进一步，在所述步骤S4中，缠绕过程中，在碳纤维与磁钢、碳纤维每层间刷环氧胶。

进一步，在所述步骤S5中，固化过程中的固化温度不超过磁钢的去磁温度。

进一步，所述固化温度不高于90摄氏度。

根据本发明实施例的用于永磁电机转子碳纤维捆绑的方法，具有以下优点：

1)增加转子磁钢的机械可靠性，防止电机高速旋转时转子磁钢脱落；

2)通过碳纤维捆绑后，电机转子进行表贴磁钢设计，可以增加磁钢的布置空间，增加磁钢的磁通面积，可提高电机的功率密度；

3)通过表贴磁钢设计，减少了内嵌式永磁电机的隔磁桥，减少了漏磁(因为隔磁桥是连接极楔和转子铁芯的机械结构件，一般在转子冲片中一体冲出，所以隔磁桥材料和转子铁芯、极楔都为导磁材料，而隔磁桥正好处于漏磁磁路中)，提高了磁钢的利用效率；

4)通过选择碳纤维进行捆扎，不会显著增加转子自身的重量，碳纤维本身的机械强度高，磁钢的固定效果好；

5)碳纤维为不导磁材料，在磁钢的外表不会形成漏磁磁路；

6)碳纤维为柔性材料，对于转子外沿不规则时，能很好的进行填充和固定。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的用于永磁电机转子碳纤维捆绑的方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的内嵌式磁钢布置示意图；

图3为根据本发明实施例的表贴式磁钢布置示意图；

图4为根据本发明实施例的碳纤维捆扎示意图；

图5为根据本发明实施例的碳纤维起头的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例提供一种用于永磁电机转子碳纤维捆扎的方法，可以实现对表贴式永磁电机磁钢固定，即采用碳纤维来绑扎电机转子表面的磁钢，使得磁钢与转子铁芯成为一体。

下面结合图1至图5对本发明实施例的用于永磁电机转子碳纤维捆扎的方法。

如图1所示，本发明实施例的用于永磁电机转子碳纤维捆绑的方法，包括如下步骤：

步骤S1，获取永磁电机转子的最高转速、外径和预设裕度，计算需要捆绑的碳纤维厚度和捆绑层数。

需要说明的是，本发明的永磁电机采用的是表贴式磁钢，这种磁钢结构可以增加磁钢的布置空间(即磁钢的宽度)、减少漏磁、简化安装工艺。

具体地，根据获取的永磁电机转子的最高转速和外径，计算所述永磁电机的转子磁钢的最大离心力，然后根据所述最大离心力和预设裕度，计算所述需要捆绑的碳纤维厚度和捆绑层数。

步骤S2，根据所述步骤S1计算出的碳纤维厚度和捆绑层数准备碳纤维材料，并采用碳纤维材料捆绑转子表面的表贴磁钢，以将磁钢与转子铁芯形成一体。

需要说明的是，碳纤维具备以下几个优点：

①、强度高，捆绑后不易断裂；

②、质量相对金属材料轻、捆绑后不会显著增加转子自身重量；

③、材料不导磁；

④、柔性材料，适合捆绑外沿不规则的物体。

需要说明的是，本发明也可以采用其他类似碳纤维的材料代替，例如，采用无纬带代替碳纤维进行捆绑。

针对于表贴式转子磁钢的特点及碳纤维材料的特性，选用碳纤维材料来捆绑转子表面的表贴磁钢，可以很好的解决了高速电机的表贴磁钢脱落问题。使用该技术可以增加磁钢的布置空间，降低漏磁，提高电机的气隙磁密，使永磁电机的功率密度更高，体积更小，更适合汽车电机的选择。

在本步骤中，参考图4和图5，将碳纤维的一端固定在转子磁钢外侧的端部，碳纤维的捆扎起头处采用胶水固定粘贴在磁钢外侧的端部。

步骤S3，将碳纤维涨紧后围绕转子磁钢表面一圈后，再压紧碳纤维起头。

步骤S4，利用绑扎机械设备，控制碳纤维自行缠绕在转子磁钢表面。

具体地，将转子置于转动机械设备或专用的碳纤维绑扎机械设备上，旋转转子，控制碳纤维自行缠绕转子磁钢表面。需要注意的是，在缠绕过程中，碳纤维一定要保持涨紧状态。其中，从转子的头端缠绕到尾端一次计为缠绕一层。

在本发明的一个实施例中，缠绕过程中，在碳纤维与磁钢、碳纤维每层间刷环氧胶。

步骤S5，在根据步骤S1计算出的捆绑层数，完成缠绕后，将转子整体放入烘箱内进行固化，固化完成后，即结束整个碳纤维捆绑过程。

在本步骤中，固化过程中的固化温度不超过磁钢的去磁温度。优选的，固化温度不高于90摄氏度。固化完成后，本捆扎工艺即完成。

本发明实施例提供的用于永磁电机转子碳纤维捆绑的方法，可以应用于电动汽车驱动电机中，即使在驱动电机转速达到6000rpm、甚至10000rpm及以上时，由于磁钢被碳纤维材料捆绑固定，不会出现磁钢脱落的问题。

根据本发明实施例的用于永磁电机转子碳纤维捆绑的方法，具有以下优点：

1)增加转子磁钢的机械可靠性，防止电机高速旋转时转子磁钢脱落；

2)通过碳纤维捆绑后，电机转子进行表贴磁钢设计，可以增加磁钢的布置空间，增加磁钢的磁通面积，可提高电机的功率密度；

3)通过表贴磁钢设计，减少了内嵌式永磁电机的隔磁桥，减少了漏磁(因为隔磁桥是连接极楔和转子铁芯的机械结构件，一般在转子冲片中一体冲出，所以隔磁桥材料和转子铁芯、极楔都为导磁材料，而隔磁桥正好处于漏磁磁路中)，提高了磁钢的利用效率；

4)通过选择碳纤维进行捆扎，不会显著增加转子自身的重量，碳纤维本身的机械强度高，磁钢的固定效果好；

5)碳纤维为不导磁材料，在磁钢的外表不会形成漏磁磁路；

6)碳纤维为柔性材料，对于转子外沿不规则时，能很好的进行填充和固定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。