[發明專利]高速電機

無效

• 申請號: 201110031034.3
• 申請日: 2011-01-28
• 公開（公告）號: CN102624110A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 肖耀軍;李方
• 申請（專利權）人: 深圳飛能能源有限公司
• 主分類號: H02K1/22
• 分類號: H02K1/22;H02K1/17;H02K16/04
• 代理公司: 深圳市隆天聯鼎知識產權代理有限公司 44232
• 代理人: 劉抗美;周惠來

技術領域

本發明涉及高速電機，尤其與高速電機的轉子部分的結構有關。

背景技術

轉動物體所受的離心力與轉動物質的重量、轉動角速度的平方及轉動半徑均成正比關系，由于材料強度的限制，高速電機要想達到較高的轉動角速度，就只好縮小轉動半徑，從而降低離心力。但是轉動半徑縮小，必然導致電機轉子和定子的空間縮小，因而無法布置更多的磁體和導線，這樣就導致高速電機的功率很難做大。

電機既要高轉速，又要大功率，一般有兩個不太好的解決辦法。

一、把高速電機沿軸向方向做成細長形狀，但這樣在使用時會遇到空間的限制以及轉子動力學方面的限制，如：細長軸的擺動及振動問題。

二、用低速的大功率電機附帶一個高速的大功率變速箱，但是高速的大功率變速箱技術要求很高，成本很高，而且既降低傳動效率，又帶來噪音、振動、維修等方面的一系列問題。

為了系統性地解決這個問題，不少人都想到用高強度的材料來箍住電機轉子，幫助電機轉子承受離心力，那么就可以一步到位做成短軸大半徑的高速電機，同時也增大了定子半徑，從而就有足夠的空間在轉子上布置更多的磁體，在定子上布置更多的導線，從而提高電機功率。

目前高強度的材料主要是纖維復合材料，例如玻璃纖維或碳纖維的復合材料，不僅強度高，而且技術成熟，價格適中。在內轉子外定子的情況下，由于轉子和定子之間的氣隙不能過大，所以復合材料的厚度也不能太大，所承受的離心力也不會太大，所以轉子半徑增大是有限的。而在外轉子內定子的情況下，復合材料箍子箍在最外面，有足夠的空間來增加厚度，從而能夠承受更大的離心力，因而能夠顯著增大轉子半徑。

但這種做法，也會出現兩個大的問題。

一、箍子和轉子的松脫問題。

由于金屬的彈性模量比復合材料的彈性模量大一些，所以導致在高速旋轉時，復合材料箍子的膨脹量經常比金屬轉子的膨脹量大，從而導致復合材料箍子與金屬轉子松脫，無法起到保護金屬轉子的作用。常見的解決辦法有兩個：第一，預先使箍子跟轉子箍得更緊以使轉子承受更高一點的轉速，但是，過盈配合在裝配時比較麻煩，而且效果不太明顯，即轉速并不能因此而增加更多，因為相比于高速旋轉時的松脫量，在裝配過程中所施加的過盈量總是有限的；第二，把金屬轉子從一個整體圓環形或整體圓盤形變成傘形，眾所周知，傘的外沿半徑會靈活地增大或縮小。隨著圓筒轉子在高速旋轉下的膨脹，傘形輪轂也會在自身離心力的作用下撐開，半徑增大，從而始終保持輪轂外沿跟圓筒轉子內壁的緊密配合。這種結構下，傘形輪轂不再是一整塊金屬圓盤，而是用活動的金屬板/片連接在一起，金屬板/片之間的連接是柔性的（否則不能撐開），互相之間不提供拉力，所以每一塊金屬板/片所受的離心力，主要由輪轂中心的小小軸條套來承受。而軸條套的強度有限，不能承受太大的離心力，所以轉子的轉速也不可能太高。所以，要想制造高速飛輪電池，必須另想辦法解決轉子與箍子在高速旋轉下的松脫問題。

二、箍子內外層開裂的問題。

就復合材料箍子本身而言，在同一種纖維纏繞成型的情況下，內外彈性模量一致，但由于箍子外層線速度大，離心力和應力大，箍子內層線速度小，離心力和應力小，所以導致箍子外層的膨脹量大于箍子內層的膨脹量，在速度達到一定程度時，膨脹量之間的較大差異，就會導致箍子外層與內層撕開，箍子受到破壞，從而限制了高速電機轉速的提高。為此，也有兩個常見的解決辦法：第一，使纖維在纏繞時，越到外層纏繞的預應力越大，這種做法會有一定的改善，但不是本質上的改變，而且也比較麻煩。第二，使內層纖維的彈性模量更小，外層纖維的彈性模量更大，這樣一來，即使內層纖維所受的應力小于外層纖維所受的應力，也能使內層纖維的膨脹量跟外層纖維的膨脹量一樣大。但這種做法需要進行纖維的定制化生產，以形成彈性模量的梯度配置，而以目前的纖維生產水平，彈性模量的調節范圍有限，尚不能大范圍的按需定制彈性模量。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服上述現有技術存在的不足，提供一種高速電機，以解決現有技術中電機轉速因各種原因無法提高的缺陷。

為解決上述技術問題，本發明提供一種高速電機，包括：放置在真空機殼中的定子和轉子，轉子設置在定子的外面，所述轉子包括：一圓筒、一套裝在圓筒內的輪轂、多根與輪轂連接的軸條以及轉軸，輪轂由多段圓弧板拼合而成，在各圓弧板的內壁上分別設置一軸條套，各軸條的自由端分別插裝在各圓弧板的軸條套內并與軸條套在輪轂的徑向過盈配合。