一种复合磁体多层护套高速永磁电机转子的制作方法

本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种复合磁体多层护套高速永磁电机转子。

背景技术：

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。

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，稀土永磁体能提供高的磁性能，稀土永磁体以其优异的磁性能广泛应用于广泛应用于永磁电机中，但稀土永磁体不能承受电机高速旋转时产生的巨大拉应力，而必须对其采取保护措施，碳纤维保护套由于导电率较低，同时具有更高的抗拉强度，是目前高速永磁电机的首选保护措施。

由于电机开槽和变频供电，会在电机中产生大量的谐波，这些谐波在碳纤维保护套上，尤其是在稀土永磁体上产生的涡流损耗，会在转子中产生大量的热量，而碳纤维保护套是热的不良导体，转子热量难以散出，使得转子的温度过高，造成稀土永磁体在高温下生不可逆退磁，最终导致电机无法运行的严重后果。因此，采用何种有效手段降低转子涡流损耗，达到降低转子温度的效果，从而避免稀土永磁体在高温下发生不可逆退磁，保证电机的正常运行，是高速永磁电机的要解决的关键技术问题之一。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种复合磁体多层护套高速永磁电机转子，其目的在于通过减小谐波在稀土永磁体和内层护套上的涡流损耗，大大降低了转子温度，避免永磁体在高温下发生不可逆退磁，从而保证电机的正常运行。

为实现上述目的，本发明提供了一种复合磁体多层护套高速永磁电机转子，包括：转子铁心、稀土永磁体、内层护套、非导电永磁体、外层护套、永磁体极间填充物。

所述稀土永磁体数量为多个，多个所述稀土永磁体沿所述转子铁心的周向均匀的间隔开，所述永磁体极间填充物位于相邻所述稀土永磁体的极间间隙处；所述内层护套设置在所述稀土永磁体外表面，与所述稀土永磁体采用过盈量或过渡配合；所述非导电永磁体的数量与所述稀土永磁体相等，多个所述非导电永磁体沿所述内层护套的周向均匀的间隔开，并与所述稀土永磁体间隔的位置相同，所述永磁体极间填充物位于相邻所述非导电永磁体的极间间隙处；所述外层护套设置在所述非导电永磁体外表面，与所述非导电永磁体采用过盈配合。

优选地，所述内层护套和所述外层护套均为碳纤维护套，所述内层护套厚度大于所述外层护套。

优选地，所述稀土永磁体为高磁性密度的钕铁硼永磁体和钐钴永磁体，所述非导电永磁体为铁氧体永磁体。

优选地，所述稀土永磁体厚度较大，所述非导电永磁体厚度较薄。

优选地，所述永磁体极间填充物采用高导热性、低温度膨胀系数的铝合金和不锈钢材料。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提供的复合磁体多层护套高速永磁体电机转子，通过在稀土永磁体和内层护套外设置非导电永磁体，增加了内层护套和稀土永磁体距离气隙的长度，即增加了谐波磁场进入内层护套和稀土永磁体的磁阻，对电机谐波起到了良好的抑制和屏蔽作用，大大削弱了谐波磁场在内层护套和稀土永磁体的作用，降低了内层护套和稀土永磁体上的涡流损耗，使得转子温度大幅度降低，从而保障电机的正常运行。

2、本发明提供的复合磁体多层护套高速永磁体电机转子，设置分层护套，其中内层护套保护稀土永磁体的机械强度，外层护套保护非导电永磁体的机械强度，内层护套和外层护套相结合，提高了电机转子在高速旋转时的机械可靠性。同时在分层过程中，内层护套的厚度较大，外层护套的厚度较小，进一步减小了转子上的涡流损耗，更加有效的降低了转子温度，保障电机的正常运行。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的复合磁体多层护套高速永磁电机转子的径向截面图。

1为外层碳纤维护套，2为铁氧体永磁体，3为内层碳纤维护套，4为稀土永磁体，5为稀土永磁体极间填充，6为铁氧体极间填充，7为转子铁心。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1是按照本发明的优选实施例所构建的复合磁体多层护套高速永磁电机转子的截面图，如图1所示，复合磁体多层护套高速永磁电机转子包括：外层碳纤维护套1、铁氧体永磁体2、内层碳纤维护套3、稀土永磁体4、稀土永磁体极间填充5、铁氧体永磁体极间填充6和转子铁心7。

4个稀土永磁体4沿转子铁心7的周向均匀的间隔开，稀土永磁体极间填充5位于相邻永磁体4之间间隙处；内层碳纤维护套3设置在稀土永磁体4的外表面，与稀土永磁体4采用过盈量或过渡配合；4个铁氧体永磁体2沿内层碳纤维护套3的周向均匀的间隔开，铁氧体永磁体极间填充6位于相邻铁氧体永磁体2之间间隙处；外层碳纤维护套1设置在铁氧体永磁体2的外表面，与铁氧体永磁体2采用过盈配合。

由于电机开槽和变频供电，在气隙磁场中产生大量的谐波，这些谐波会在内层碳纤维护套3上，尤其是在稀土永磁体4上产生大量的涡流损耗，从而在转子中产生大量热量，而内层碳纤维护套3是热的不良导体，转子热量难以散出，依据电机体积与电机转速成反比的电机设计原理，图1所述的转子整体体积很小，即转子的散热面积很小，因此稀土永磁体4和内层碳纤维护套3上的涡流损耗极易造成转子的温度过高，而稀土永磁体4在高温下易发生不可逆退磁，导致电机无法运行的严重后果。

铁氧体永磁体3增加了内层碳纤维护套3和稀土永磁体4距离气隙的长度，即增加了谐波磁场进入内层碳纤维护套3和稀土永磁体4的磁阻，对电机谐波起到了良好的抑制和屏蔽作用，大大削弱了谐波磁场在内层碳纤维护套3和稀土永磁体4上的渗透强度，因此铁氧体永磁体3的加入，降低了内层碳纤维护套3和稀土永磁体4上的涡流损耗，使得转子温度大幅度降低，从而保障了电机的正常运行。

稀土永磁体4为具有高的剩磁密度的钕铁硼永磁体或钐钴永磁体，能够提供远大于铁氧体永磁体2的磁场，更易满足电机的磁场需求。但随着电机运行，电机内部温度逐渐升高，稀土永磁体4的剩磁密度逐渐降低，所提供的磁场逐渐减小，降低了电机运行时的磁场，而铁氧体永磁体2的剩磁密度会随着温度升高逐渐增加，随着转子温度的不断升高，铁氧体永磁体2磁性能会进一步增加，从而提供更多的磁场，因此铁氧体永磁体2的加入，能够弥补稀土永磁体4因温度升高磁性减小而损失的磁场，提高了电机运行时的磁场。

稀土永磁体4和铁氧体永磁体2均不能承受高速旋转时产生的巨大离心力，因此分别设置了内层碳纤维护套3保护稀土永磁体4的机械强度，外层碳纤维保护套1保护铁氧体永磁体2的机械强度，内层碳纤维护套3与外层碳纤维保护套1共同作用，提高了电机转子的机械强度。

为使以上效果更好的实现，一方面稀土永磁体4的厚度应较厚，因为稀土永磁体4的磁性能远高于铁氧体永磁体2，可以提供更大的磁场，更易满足电机的磁场需求。铁氧体永磁体2的厚度应较薄，因为铁氧体永磁体2的非导磁性会增加稀土永磁体4的气隙和磁阻，如铁氧体永磁体太厚，为满足电机的磁场需求，稀土永磁体的用量会大幅增加，从而增加了电机成本。在实际应用中，铁氧体永磁体的具体厚度应根据电机谐波的透入深度决定。

另一方面，转子的护套厚度应根据电机强度确定，护套过薄无法满足转子的强度要求，护套过厚则会增加永磁体的气隙和磁阻，为满足电机的磁场需求，永磁体的用量会大幅增加，造成电机成本提高，因此对同一电机来说，所需的护套厚度一定。本发明在转子护套厚度一定的前提下，对护套进行了分层，内层碳纤维护套3应设置的较厚，一是由于稀土永磁体4较厚，需要较厚的保护套以保证其强度；二是由于铁氧体永磁体2能够降低谐波在内层碳纤维护套3上的涡流损耗，内层碳纤维护套3越厚，能够降低的涡流损耗就越大；外层碳纤维护套1应设置的较薄，一是由于铁氧体永磁体2较薄，只需较薄的保护套便可保证其强度；二是由于谐波在外层碳纤维护套1上也会产生涡流损耗，外层碳纤维护套1越薄，产生的涡流损耗就越小。

综上所述，分层的保护套结构，不仅整体上提高了转子的机械强度，还可以有效的降低谐波在转子护套上的涡流损耗，从而更有利于降低转子温度。

稀土永磁体极间填充5和铁氧体极间填充6采用高导热性、低温度膨胀系数的铝合金和不锈钢材料。高的导热性能可以加快转子内部的热传导，更有利于转子温度快速降低；低的温度膨胀系数，可以降低稀土永磁体极间填充5和铁氧体极间填充6在高温时的膨胀变形，从而减小内层碳纤维护套3和外层碳纤维护套1在永磁体极间间隙处局部拉应力，更有利于提高转子的机械强度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。