[發(fā)明專利]一種耐350℃超高溫、高速永磁轉(zhuǎn)子及其制造方法

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• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109347228A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施道龍;卓亮;趙飛;葛發(fā)華;陳強(qiáng);戰(zhàn)亮宇;李霖宇
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州航天林泉電機(jī)有限公司
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K15/03
• 代理公司: 貴陽睿騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52114
• 代理人: 谷慶紅

本發(fā)明提供的一種耐350℃超高溫、高速永磁轉(zhuǎn)子及其制造方法；包括軸、磁鋼、護(hù)套，所述磁鋼安裝在軸上并通過護(hù)套和擋板固定，所述軸為三段空心軸，軸的中部為磁軛，軸的左端依次加工有鍵槽、螺紋、退刀槽及軸承座，軸的右端依次加工有鍵槽、螺紋、退刀槽及軸承座，軸左右兩端的臺階分別用來對護(hù)套和擋板進(jìn)行定位安裝。本發(fā)明選用的耐高溫磁鋼可以產(chǎn)生滿足性能的磁場，其表面的金屬鍍層有效的防止了磁鋼高溫氧化，提高了高溫使用壽命；其過盈方式安裝的合金護(hù)套，可以有效地防止磁鋼在高速旋轉(zhuǎn)時發(fā)生飛逸或破裂。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫達(dá)350℃、最高轉(zhuǎn)速達(dá)36000rpm的永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，主要應(yīng)用于高溫高速發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)

伴隨著高超聲速飛行器概念的提出以及未來“全電”飛機(jī)(MEA) 的發(fā)展趨勢，國內(nèi)對于高溫高速發(fā)電機(jī)的需求越來越迫切。高溫高速發(fā)電機(jī)是一種采用特殊結(jié)構(gòu)和材料，能夠在高溫環(huán)境中，以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。它將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成各種形式的電能，供飛行器上所有機(jī)電系統(tǒng)和電子設(shè)備使用。由于高溫高速發(fā)電機(jī)選取的電磁負(fù)荷大(即電流大、磁場強(qiáng))、轉(zhuǎn)速高，因此其除了具有耐高溫、高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)外，還具有體積小、重量輕、功率密度高的特點(diǎn)。正是基于這些特點(diǎn)，高溫高速發(fā)電機(jī)能夠滿足高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)所處的超聲速氣流氣動加熱、高強(qiáng)度燃燒、高熱流和600K(326.85℃) 高溫的極端物理環(huán)境要求；也能滿足MEA對發(fā)電機(jī)與發(fā)動內(nèi)置一體化安裝，緊靠發(fā)動機(jī)燃燒室的350℃高溫工作環(huán)境要求。

能用作發(fā)動機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的電機(jī)類型有永磁同步電機(jī)、異步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、三級式電勵磁同步電機(jī)、有刷直流電機(jī)等。高速永磁同步電機(jī)具有功率密度高、結(jié)構(gòu)簡單、無需勵磁等的優(yōu)點(diǎn)，在無人飛行器無需考慮發(fā)電機(jī)滅磁的情況下，高速永磁同步電機(jī)是首選。高速永磁電機(jī)的設(shè)計主要集中在轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度與動力學(xué)設(shè)計上，因高速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子承受巨大的離心力，其機(jī)械強(qiáng)度是必須解決的問題。常見的解決方法是在轉(zhuǎn)子外側(cè)加裝保護(hù)套，例如非導(dǎo)磁金屬護(hù)套(如鈦合金、Inconel合金、高強(qiáng)度合金鋼等)和高強(qiáng)度纖維類保護(hù)套(如碳纖維、玻璃纖維等)。

目前，國內(nèi)高速永磁電機(jī)研究愈來愈多。已經(jīng)出現(xiàn)了小功率3kW、轉(zhuǎn)速120000rpm的高速永磁電機(jī)；中等功率20kW、轉(zhuǎn)速50000rpm的高速永磁電機(jī)以及大功率110kW、轉(zhuǎn)速14000rpm的高速永磁電機(jī)。但是仍未解決高速永磁電機(jī)的耐高溫問題，其主要問題反映在定子高溫絕緣體系及轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計上。在轉(zhuǎn)子方面，永磁轉(zhuǎn)子在高溫下易出現(xiàn)磁鋼退磁、金屬護(hù)套受熱膨脹過盈量減小導(dǎo)致永磁碎裂、磁鋼及非金屬護(hù)套的高溫氧化等問題。本成果中設(shè)計的是一種轉(zhuǎn)速36000rpm，可在350℃超高溫環(huán)境中長時間運(yùn)行的高溫高速發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種耐350℃超高溫、高速永磁轉(zhuǎn)子及其制造方法，滿足高溫高速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)需求。耐高溫高速轉(zhuǎn)子主要結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)軸、擋板、磁鋼以及金屬護(hù)套組成。解決的技術(shù)問題：解決永磁轉(zhuǎn)子在高溫下磁鋼的高溫氧化問題、金屬護(hù)套受熱膨脹過盈量減小導(dǎo)致磁鋼碎裂、以及金屬護(hù)套大過盈量的裝配問題。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明提供的一種耐350℃超高溫、高速永磁轉(zhuǎn)子及其制造方法；包括軸、磁鋼、護(hù)套，所述磁鋼安裝在軸上并通過護(hù)套和擋板固定，所述軸為三段空心軸，軸的中部為磁軛，軸的左端依次加工有鍵槽、螺紋、退刀槽及軸承座，軸的右端依次加工有鍵槽、螺紋、退刀槽及軸承座，軸左右兩端的臺階分別用來對護(hù)套和擋板進(jìn)行定位安裝。

所述磁鋼為分段結(jié)構(gòu)的永磁材料。

磁鋼與護(hù)套之間為過盈配合。

所述磁鋼在軸的圓周方向排列切向磁鋼、N極磁鋼、S極磁鋼交替固定在軸上；所述切向磁鋼在軸的圓周方向均勻分布為四組，每組包括兩塊相同大小的磁鋼且徑向安裝在軸上，所述N極磁鋼和S極磁鋼在軸上均勻分布為兩組，每組均包括相同大小的九塊磁鋼依次連接，每三塊磁鋼在軸的徑向首位連接。