[发明专利]一种高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子及制作方法

说明书

本发明公开了一种新型高速电机多层碳纤维‑磁粉复合转子及制作方法，根据电机转子离心力在径向的变化，改变磁粉胶膜与碳纤维的厚度比，沿径向向外，磁粉胶膜与碳纤维的厚度比降低，这样，单位体积内碳纤维的含量升高，复合磁性材料层的强度提高，抵抗离心力的能力提高；并且，对于现有的磁粉胶膜与碳纤维厚度比恒定的转子而言，为了达到与本发明相同的强度，需要额外缠绕碳纤维，这样，本发明可以提高单位体积内的磁粉含量，提高复合磁性材料的剩磁，提升电机转子的电磁性能；电机转子的电磁性能得到提升，可以省去烧结永磁体的使用，因此，可以避免由于烧结永磁体极间间隙导致应力集中从而造成对碳纤维保护套的破坏，提高电机转子的可靠性。

技术领域

本发明涉及电机转子制备技术领域，尤其涉及一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子及制作方法。

背景技术

高速永磁电机在航空航天、飞轮储能等领域具有广阔的应用前景，然而，传统面贴式高速永磁电机的转子温升和局部应力成为高速电机向大功率、高转速发展的关键“卡脖子”技术。

中国申请201280029583.X提出一种磁负载的复合材料转子和制备磁负载预浸渍带的方法，此方法虽为高速永磁电机复合转子研究提供依据，但未考虑电机在高转速情况下径向离心力的变化趋势，存在内层碳纤维浪费、单位体积磁粉胶膜过低的问题。中国申请202010969975.0提出一种复合转子周向垂直缠绕制备方法，此方法虽为高速永磁电机用复合磁性材料缠绕提供依据，但并未考虑高速转子离心力对复合磁性材料的影响，以及对磁粉胶膜厚度变化的复合磁性材料的缠绕方法。中国申请202010970896.1提出一种高速永磁电机用分层式转子结构及制作方法，由于烧结永磁体的存在，因此，仍然存在由于烧结永磁体极间间隙导致的应力集中问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子及制作方法，用以解决高速电机转子应力集中的问题。

本发明提供的一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子，包括：转轴、在所述转轴侧表面层级缠绕的N层复合磁性材料层以及与所述N层复合磁性材料层过盈装配的碳纤维保护套；其中，N≥2；

每层复合磁性材料层包括碳纤维层和铺覆在所述碳纤维层上的磁粉胶膜，在所述转轴侧表面缠绕的每层复合磁性材料层中，所述磁粉胶膜在内，所述碳纤维层在外；

在所述转轴侧表面缠绕的第一层复合磁性材料层中，所述磁粉胶膜的厚度与所述碳纤维层的厚度之比为4.8~5:1；在所述转轴侧表面缠绕的第N层复合磁性材料层中，所述磁粉胶膜的厚度与所述碳纤维层的厚度之比为0.8~1:1；

在所述转轴侧表面缠绕的第二层~第N-1层复合磁性材料层中，所述磁粉胶膜的厚度按照公式逐渐降低，其中，d_ex表示在第二层~第N-1层中每层中的磁粉胶膜相对于上一层中的磁粉胶膜降低的厚度，k_s表示第一层中磁粉胶膜与碳纤维层的厚度比，k_e表示第N层中磁粉胶膜与碳纤维层的厚度比，d_c为每层复合磁性材料层中碳纤维层的厚度。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子中，还包括：位于所述复合磁性材料层轴向的两端的表面的环氧树脂涂层，用于防止所述磁粉胶膜被氧化以及在高转速情况下所述磁粉胶膜在离心力作用下损失。