[發明專利]一種適用于高速永磁電機的復合轉子

在審

• 申請號: 202011498171.3
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112615450A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 張岳;王秀和;徐振耀;劉光偉
• 申請（專利權）人: 山東大學;沈陽工業大學
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27;H02K1/28
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

本發明涉及一種適用于高速永磁電機的復合轉子，包括沿徑向由內至外依次同軸套裝的設置于轉子中心位置的轉軸、燒結永磁體單元、磁粉膠膜與碳纖維復合單元和轉子護套。燒結永磁體單元包括多對燒結永磁體塊、燒結永磁體塊間隙、填充體及第一碳纖維層，磁粉膠膜與碳纖維復合單元由多個磁粉膠膜和碳纖維復合子單元構成，轉子護套由以施加拉應力方式纏繞的多層碳纖維構成的第三碳纖維層構成。本發明的復合轉子可以產生與傳統高速永磁電機轉子相媲美的勵磁磁場，而且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，許用線速度低等問題。

技術領域

本發明屬于高速永磁電機制造領域，具體涉及一種適用于高速永磁電機的復合轉子。

背景技術

高速電機因體積小、重量輕、功率密度高等特點成為我國高端裝備發展的核心與關鍵，其設計水平與關乎我國節能減排、能源安全和國防軍工等領域的高端裝備水平密切相關，直接影響到我國高端裝備的發展進程。

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，在高速磨床、空氣循環制冷系統、儲能飛輪、天然氣輸送高速離心壓縮機以及作為飛機或艦載供電設備的分布式發電系統等領域具有廣闊的應用前景。

相對于外轉子永磁電機，內轉子永磁電機具有轉子半徑小和可靠性高的優點，成為高速永磁電機的首選。但現有高速永磁電機轉子存在渦流損耗大、轉子機械強度難以保證以及電機轉子的許用線速度低的問題，這成為高速永磁電機向更大功率和更高轉速發展的瓶頸。

發明內容

為了解決現有高速永磁電機轉子存在的渦流損耗大、轉子機械強度難以保證以及許用線速度低的技術問題，本發明提出了一種適用于高速永磁電機的復合轉子，其目的是在保證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技術瓶頸，即功率與轉速的提升受限于轉子溫升和強度的技術瓶頸。

本發明的技術方案如下：

一種適用于高速永磁電機的復合轉子，包括沿徑向由內至外依次同軸設置的置于轉子中心位置的轉軸、燒結永磁體單元、磁粉膠膜與碳纖維復合單元和轉子護套。燒結永磁體單元包括多對燒結永磁體塊，燒結永磁體塊沿周向均勻粘貼在轉軸的外表面，沿周向相鄰的燒結永磁體塊之間設置有燒結永磁體塊間隙，燒結永磁體塊間隙內設置有由混合磁粉與環氧樹脂按一定比例均勻混合而成的填充體。燒結永磁體塊和燒結永磁體塊間隙的外側設置有起緊固保護作用的由施加拉應力方式纏繞的多層碳纖維所構成的第一碳纖維層。

磁粉膠膜與碳纖維復合單元由多個磁粉膠膜和碳纖維復合子單元構成，磁粉膠膜和碳纖維復合子單元的內層由以施加拉應力的方式纏繞的多層磁粉膠膜所形成的磁粉膠膜層構成，磁粉膠膜由混合磁粉與環氧樹脂按一定比例均勻混合、固化而成，磁粉膠膜和碳纖維復合子單元的外層由以施加拉應力的方式纏繞的多層碳纖維所形成的第二碳纖維層構成。轉子護套由以施加拉應力方式纏繞的多層碳纖維構成。

進一步地，磁粉膠膜與碳纖維復合單元以過盈配合的方式安裝在燒結永磁體單元的外側，磁粉膠膜與碳纖維復合單元由5個磁粉膠膜和碳纖維復合子單元構成。

進一步地，設置于燒結永磁體塊間隙內的填充體由混合磁粉與環氧樹脂按3:1的比例均勻混合而成。

進一步地，纏繞第一碳纖維層的碳纖維層數不超過4層，第一碳纖維層(7a)厚度不超過0.8mm。

進一步地，構成第二碳纖維層的碳纖維層數為2至4層。

進一步地，磁粉膠膜和碳纖維復合子單元的尺寸沿徑向由內向外逐漸變大，且相鄰兩個子單元之間以過盈配合的形式套裝在一起。