多层复合保护高速永磁电机转子的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电机技术领域，涉及一种多层复合保护高速永磁电机转子。
【背景技术】
[0002]高速电机由于转速高，功率密度大，体积小，可以有效地节约材料；由于转动惯量较小，所以动态响应较快；高速电机可与工作机或负载直接相连，省去了传统的机械变速装置，因而可减小噪音和提高传动系统的效率。高速电机的研究与应用符合节能减排的经济发展需要，目前已成为国际电工领域的研究热点之一，在高速磨床、空气循环制冷系统、储能飞轮、高速离心压缩机、鼓风机、航空航天等具有广泛的应用前景。
[0003]永磁电机以其结构简单、力能密度高、无励磁损耗、效率高等优点，最适合于高速电机。高速高频电机与普通电机相比设计难度较大，高速电机转速高达每分钟数万转甚至十几万转，圆周速度可达200m/s以上，电机在高速旋转的情况下，对于永磁电机来说，转子强度问题更为突出，因为永磁体不能承受高速旋转产生的拉应力而必须对其采取保护措施，转子设计及加工工艺也成为高速电机设计的难点之一。一般在永磁体上添加合金钢保护套或纯碳纤维保护套，合金钢保护套会在保护套上产生大量的涡流损耗，造成永磁体温升过高，易发生不可逆退磁的严重后果，当采用纯碳纤维保护套时，由于碳纤维材料的径向弹性模量较小，会在永磁体分块处或极间间隙处发生弯曲应力，影响保护套的强度，同时碳纤维材料的轴向抗拉应力较差，保护套轴向易发生损坏和划破的现象，会严重影响保护套的可靠性。
【发明内容】
[0004]发明目的:针对以上问题，本发明提供一种多层复合保护高速永磁电机转子，其目的是解决目前合金保护套涡流损耗大、永磁体温升高的问题，还解决目前纯碳纤维保护措施中，永磁体分块或极间间隙对碳纤维造成的弯曲应力和表面易损坏的问题。
[0005]技术方案
[0006]—种多层复合保护高速永磁电机转子，其特征在于:该转子包括转子铁芯、永磁体和保护套；永磁体套在转子铁芯上，保护套套在永磁体上。
[0007]保护套包括保护套内层、保护套中层和保护套外层；保护套中层设置在保护套内层和保护套外层之间，保护套内层套在永磁体上。
[0008]保护套内层为玻璃丝纤维或合金钢套，保护套中层为碳纤维复合材料，保护套外层为玻璃丝纤维或合金钢套，保护套内层与保护套外层既可为相同材料又可为不同材料。
[0009]保护套内层与永磁体相接触，采用过盈配合。
[0010]当保护套外层为玻璃丝纤维时采用小丝缠绕。
[0011]永磁体为径向和轴向分块结构或环形整体结构。
[0012]优点及效果:
[0013]本发明提出一种多层复合保护高速永磁电机转子，包括转子铁芯、永磁体、保护套内层、保护套中层、保护套外层。保护套内层、保护套中层和保护套外层共同组成高强度保护套，高强度保护套缠绕在永磁体外面，保护套内层与永磁体相接触，采用过盈配合。保护套内层与保护套外层既可为相同材料又可为不同材料，保护套内层和保护套外层可为玻璃丝纤维或合金钢套，当保护套外层为玻璃丝纤维时采用小丝缠绕。保护套中层为碳纤维复合材料。永磁体可为径向和轴向分块结构或环形整体结构。
[0014]本实用新型的有益效果是:
[0015]本实用新型的转子结构中采用保护套三层结构，其中保护套内层与保护套外层的厚度都很小，远小于保护套中层的厚度，而保护套中层为非导磁导电的碳纤维材料，碳纤维材料的电导率很低，因此不论保护套内层和外层采用合金钢套还是玻璃丝纤维材料，在该保护套中涡流损耗都很小，解决了合金保护套涡流损耗大，转子温升高，永磁体易发生退磁的问题。由于玻璃丝纤维材料和合金钢材料的径向弹性模量较大，保护套内层缠绕玻璃丝纤维材料或合金钢套，可以大大降低纯碳纤维保护套时，由于永磁体分块或极间间隙对碳纤维造成的弯曲应力。保护套外层缠绕玻璃丝纤维或合金钢套，可以解决纯碳纤维保护套由于轴向抗拉应力较差，表面易发生损坏和划破的问题。本实用新型的三层保护套转子结构不仅可以解决目前合金保护套涡流损耗大、永磁体温升高的问题，还解决了目前纯碳纤维保护措施中，永磁体分块或极间间隙对碳纤维造成的弯曲应力和表面易损坏的问题，本实用新型的三层保护套转子结构不仅涡流损耗低，且保护套表面不易损坏，可靠性强，能够对永磁体起到更好的保护作用。
[0016]该电机具有较高的可靠性，转子强度高，不易损坏等特点，特别适合用作高速/超高速永磁发电机和电动机。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的轴向截面图；
[0018]图2为本实用新型的保护套轴向截面图；
[0019]图3为本实用新型的环形永磁体径向截面图；
[0020]图4为本实用新型的分块永磁体径向截面图；
[0021]图中:1.转子铁芯，2.永磁体，3.保护套内层，4.保护套中层，5.保护套外层。
[0022]【具体实施方式】:
[0023]下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的说明:
[0024]如图1所示，本发明是一种多层复合保护高速永磁电机转子，该转子包括包括转子铁芯1、永磁体2和保护套；永磁体2套在转子铁芯I上，保护套套在永磁体2上。
[0025]高强度保护套包括保护套内层3、保护套中层4和保护套外层5 ;保护套中层4设置在保护套内层3和保护套外层5之间，保护套内层3套在永磁体2上。
[0026]保护套内层3为玻璃丝纤维或合金钢套，保护套中层4为碳纤维复合材料，保护套外层5为玻璃丝纤维或合金钢套，保护套内层3与保护套外层5既可为相同材料又可为不同材料。
[0027]保护套内层3与永磁体2相接触，采用过盈配合。
[0028]保护套内层3与保护套外层5既可为相同材料又可为不同材料，保护套内层3和保护套外层5可为玻璃丝纤维或合金钢套，当保护套外层5为玻璃丝纤维时采用小丝缠绕。保护套中层4为碳纤维复合材料。保护套中层4缠绕在保护套内层3上。永磁体2可为径向和轴向分块结构或环形整体结构，如图4所示。
[0029]本实用新型的转子结构中采用保护套三层结构，其中保护套内层3与保护套外层5的厚度都很小，远小于保护套中层4的厚度，而保护套中层4为非导磁导电的碳纤维材料，碳纤维材料的电导率很低，因此不论保护套内层3和外层5采用合金钢材料还是玻璃丝纤维材料，在该保护套中涡流损耗都很小，解决了合金保护套涡流损耗大，转子温升高，永磁体易发生退磁的问题。由于玻璃丝纤维材料和合金钢材料的径向弹性模量较大，保护套内层3缠绕玻璃丝纤维材料或合金钢套，可以大大降低纯碳纤维保护套时，由于永磁体2分块或极间间隙对碳纤维造成的弯曲应力。保护套外层5缠绕玻璃丝纤维或合金钢套，可以解决纯碳纤维保护套由于轴向抗拉应力较差，表面易发生损坏和划破的问题。本实用新型的三层保护套转子结构不仅解决了目前合金保护套涡流损耗大、永磁体温升高的问题，还解决了目前纯碳纤维保护措施中，永磁体2分块或极间间隙对碳纤维造成的弯曲应力和表面易损坏的问题，本实用新型的三层保护套转子结构不仅涡流损耗低，且保护套表面不易损坏，可靠性强，能够对永磁体起到更好的保护作用。
【主权项】
1.一种多层复合保护高速永磁电机转子，其特征在于:该转子包括转子铁芯(I)、永磁体(2)和保护套；永磁体(2)套在转子铁芯(I)上，保护套套在永磁体(2)上； 保护套包括保护套内层(3)、保护套中层(4)和保护套外层(5);保护套中层(4)设置在保护套内层(3 )和保护套外层(5 )之间，保护套内层(3 )套在永磁体(2 )上。2.根据权利要求1所述的多层复合保护高速永磁电机转子，其特征在于:保护套内层(3)为玻璃丝纤维或合金钢套，保护套中层(4)为碳纤维复合材料，保护套外层(5)为玻璃丝纤维或合金钢套，保护套内层(3)与保护套外层(5)既可为相同材料又可为不同材料。
【专利摘要】本实用新型提出一种多层复合保护高速永磁电机转子，包括转子铁芯、永磁体、保护套内层、保护套中层、保护套外层。该电机具有较高的可靠性，转子强度高，不易损坏等特点，特别适合用作高速/超高速永磁发电机和电动机。
【IPC分类】H02K1/27, H02K11/00
【公开号】CN204906030
【申请号】CN201420737616
【发明人】张凤阁, 王双翼, 赵新刚, 杜光辉, 刘光伟
【申请人】沈阳工业大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2014年12月1日