[发明专利]具有正弦磁动势分布规律的高速永磁电机转子及制作方法

说明书

具有正弦磁动势分布规律的高速永磁电机转子及制作方法，包括沿径向由内向外依次设置的转轴、烧结永磁体单元、磁粉胶膜与碳纤维复合单元和由多层碳纤维Ⅲ构成的转子护套；所述磁粉胶膜与碳纤维复合单元，其由数个磁粉胶膜和碳纤维复合子单元构成，每个磁粉胶膜和碳纤维复合子单元由磁粉胶膜层块、胶膜层块和碳纤维层组成；磁粉胶膜层块和胶膜层块的个数均与烧结永磁体块的个数相同，且磁粉胶膜层块的极弧系数与胶膜层块的极弧系数之和始终为1。本发明高速永磁电机转子可提高电机转子的机械强度、降低电机转子的涡流损耗，提升电机转子的许用线速度，从而解决传统高速永磁电机转子涡流损耗大温升高，许用线速度低的问题。

技术领域

本发明属于电机技术领域，特别涉及具有正弦磁动势分布规律的高速永磁电机转子及制作方法，该转子可应用于高速永磁电机中。

背景技术

随着现代工业的迅速发展、航空航天技术的飞跃进步，体积小、重量轻、功率密度高的高速电动机和发电机得到了国际电工界的高度重视，并已广泛应用于许多现代化的工业应用领域，如涡轮分子泵、离心机、高速机床、压缩机、飞轮储能、航空航天等。

永磁电机因具有效率和功率因数高、转速运行范围宽等突出优点，特别适合应用于高速高性能电机系统，现已成为高速电机研究与应用的主流。然而，现有高速永磁电机转子永磁体涡流损耗较大且电机转子散热困难，造成电机转子的温升过高，这增加了转子永磁体在高温下发生不可逆退磁风险，进而严重危害电机安全运行。此外，高速永磁电机转子强度问题亦较为突出，因为永磁体不能承受高速旋转产生的拉应力，故必须对永磁体采取适当保护措施。

发明内容

本发明提出了具有正弦磁动势分布规律的高速永磁电机转子及制作方法，其目的是在保证传统高速永磁电机转子励磁磁场强度的前提下，提高电机转子的机械强度、降低电机转子内的涡流损耗、提升电机转子的许用线速度，从而解决制约高速永磁电机向更大功率和更高转速发展的瓶颈技术，即功率与转速提升受限于转子温升和强度的瓶颈技术。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

具有正弦磁动势分布规律的高速永磁电机转子，包括转轴、烧结永磁体单元、磁粉胶膜与碳纤维复合单元以及转子护套；所述转轴位于高速永磁电机转子最内侧，转轴外侧同轴套装有烧结永磁体单元，烧结永磁体单元的外侧同轴套装有磁粉胶膜与碳纤维复合单元，磁粉胶膜与碳纤维复合单元外侧设置有转子护套，且转子护套位于高速永磁电机转子的最外侧，且由多层碳纤维层Ⅲ组成；

所述磁粉胶膜与碳纤维复合单元由若干磁粉胶膜和碳纤维复合子单元组成，且每个磁粉胶膜和碳纤维复合子单元结构相同，均由磁粉胶膜层块、胶膜层块与碳纤维层Ⅱ组成；所述磁粉胶膜和碳纤维复合子单元的内层由磁粉胶膜层块和胶膜层块构成，外层由碳纤维层Ⅱ构成，且外层位于内层外侧设置；所述磁粉胶膜层块由磁粉与环氧树脂按一定比例均匀混合后固化而成。

所述磁粉胶膜层块和胶膜层块的个数相同，且均与烧结永磁体块的个数相等；所述磁粉胶膜层块的极弧系数随着所述磁粉胶膜和碳纤维复合子单元半径的增大而减小，所述胶膜层块的极弧系数随着所述磁粉胶膜和碳纤维复合子单元半径的增大而增大，所述磁粉胶膜层块的极弧系数与胶膜层块的极弧系数之和始终为1；所述磁粉胶膜层块中钕铁硼磁粉含量≥60％；所述胶膜层块由环氧树脂固化而成；所述磁粉胶膜层块与胶膜层块的厚度相同，单层厚度均为0.2mm-0.25mm，所述磁粉胶膜和碳纤维复合子单元的单层厚度≤0.4mm。

烧结永磁体单元包括烧结永磁体块、烧结永磁体块间隙和碳纤维层Ⅰ组成，所述烧结永磁体块成对对称设置，所述烧结永磁体块在轴向和周向的厚度均匀，且极弧系数小于1；相邻所述烧结永磁体之间形成的间隙为烧结永磁体间隙，在所述烧结永磁体块间隙内填充铁氧体；所述烧结永磁体块和铁氧体的外侧缠绕碳纤维层Ⅰ，且碳纤维层Ⅰ的层数≤4层，缠绕厚度≤0.8mm。

组成所述转子护套的碳纤维层Ⅲ的层数≤10层。