[發明專利]具有正弦磁動勢分布規律的高速永磁電機轉子及制作方法

在審

• 申請號: 202010971803.7
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112039241A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 徐振耀;張鳳閣;于思洋;金石;劉光偉
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K1/28;H02K15/03
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

具有正弦磁動勢分布規律的高速永磁電機轉子及制作方法，包括沿徑向由內向外依次設置的轉軸、燒結永磁體單元、磁粉膠膜與碳纖維復合單元和由多層碳纖維Ⅲ構成的轉子護套；所述磁粉膠膜與碳纖維復合單元，其由數個磁粉膠膜和碳纖維復合子單元構成，每個磁粉膠膜和碳纖維復合子單元由磁粉膠膜層塊、膠膜層塊和碳纖維層組成；磁粉膠膜層塊和膠膜層塊的個數均與燒結永磁體塊的個數相同，且磁粉膠膜層塊的極弧系數與膠膜層塊的極弧系數之和始終為1。本發明高速永磁電機轉子可提高電機轉子的機械強度、降低電機轉子的渦流損耗，提升電機轉子的許用線速度，從而解決傳統高速永磁電機轉子渦流損耗大溫升高，許用線速度低的問題。

技術領域

本發明屬于電機技術領域，特別涉及具有正弦磁動勢分布規律的高速永磁電機轉子及制作方法，該轉子可應用于高速永磁電機中。

背景技術

隨著現代工業的迅速發展、航空航天技術的飛躍進步，體積小、重量輕、功率密度高的高速電動機和發電機得到了國際電工界的高度重視，并已廣泛應用于許多現代化的工業應用領域，如渦輪分子泵、離心機、高速機床、壓縮機、飛輪儲能、航空航天等。

永磁電機因具有效率和功率因數高、轉速運行范圍寬等突出優點，特別適合應用于高速高性能電機系統，現已成為高速電機研究與應用的主流。然而，現有高速永磁電機轉子永磁體渦流損耗較大且電機轉子散熱困難，造成電機轉子的溫升過高，這增加了轉子永磁體在高溫下發生不可逆退磁風險，進而嚴重危害電機安全運行。此外，高速永磁電機轉子強度問題亦較為突出，因為永磁體不能承受高速旋轉產生的拉應力，故必須對永磁體采取適當保護措施。

發明內容

本發明提出了具有正弦磁動勢分布規律的高速永磁電機轉子及制作方法，其目的是在保證傳統高速永磁電機轉子勵磁磁場強度的前提下，提高電機轉子的機械強度、降低電機轉子內的渦流損耗、提升電機轉子的許用線速度，從而解決制約高速永磁電機向更大功率和更高轉速發展的瓶頸技術，即功率與轉速提升受限于轉子溫升和強度的瓶頸技術。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

具有正弦磁動勢分布規律的高速永磁電機轉子，包括轉軸、燒結永磁體單元、磁粉膠膜與碳纖維復合單元以及轉子護套；所述轉軸位于高速永磁電機轉子最內側，轉軸外側同軸套裝有燒結永磁體單元，燒結永磁體單元的外側同軸套裝有磁粉膠膜與碳纖維復合單元，磁粉膠膜與碳纖維復合單元外側設置有轉子護套，且轉子護套位于高速永磁電機轉子的最外側，且由多層碳纖維層Ⅲ組成；

所述磁粉膠膜與碳纖維復合單元由若干磁粉膠膜和碳纖維復合子單元組成，且每個磁粉膠膜和碳纖維復合子單元結構相同，均由磁粉膠膜層塊、膠膜層塊與碳纖維層Ⅱ組成；所述磁粉膠膜和碳纖維復合子單元的內層由磁粉膠膜層塊和膠膜層塊構成，外層由碳纖維層Ⅱ構成，且外層位于內層外側設置；所述磁粉膠膜層塊由磁粉與環氧樹脂按一定比例均勻混合后固化而成。

所述磁粉膠膜層塊和膠膜層塊的個數相同，且均與燒結永磁體塊的個數相等；所述磁粉膠膜層塊的極弧系數隨著所述磁粉膠膜和碳纖維復合子單元半徑的增大而減小，所述膠膜層塊的極弧系數隨著所述磁粉膠膜和碳纖維復合子單元半徑的增大而增大，所述磁粉膠膜層塊的極弧系數與膠膜層塊的極弧系數之和始終為1；所述磁粉膠膜層塊中釹鐵硼磁粉含量≥60％；所述膠膜層塊由環氧樹脂固化而成；所述磁粉膠膜層塊與膠膜層塊的厚度相同，單層厚度均為0.2mm-0.25mm，所述磁粉膠膜和碳纖維復合子單元的單層厚度≤0.4mm。

燒結永磁體單元包括燒結永磁體塊、燒結永磁體塊間隙和碳纖維層Ⅰ組成，所述燒結永磁體塊成對對稱設置，所述燒結永磁體塊在軸向和周向的厚度均勻，且極弧系數小于1；相鄰所述燒結永磁體之間形成的間隙為燒結永磁體間隙，在所述燒結永磁體塊間隙內填充鐵氧體；所述燒結永磁體塊和鐵氧體的外側纏繞碳纖維層Ⅰ，且碳纖維層Ⅰ的層數≤4層，纏繞厚度≤0.8mm。

組成所述轉子護套的碳纖維層Ⅲ的層數≤10層。