高速永磁体电机转子保护套的制作工艺

  大多数高性能的永磁材料,尤其是采用粉末冶金工艺制成的永磁材料,其拉伸强度很低,在离心力作用下,很容易发生碎裂,因此需要在永磁体外表面加一层护套,护套一般为高强度钢、钛合金等非导磁金属材料,也有采用玻璃纤维和碳纤维绑扎而成的。

  转子采用整体实心永磁体结构,外层护套为碳纤维复合材料,为了保护永磁体免受离心力的破坏,碳纤维护套需要对永磁体有一定的预压应力。为了产生所需的预压应力,本文提出了转子的两种制作方案:

  1、压装法。永磁体和护套间存在一定的过盈量,装配后由于材料的弹性变形,在过盈配合件的接触面间就会产生一定的压应力,只要选择的过盈量大小合适,就能保证永磁体的安全。在工程应用中,过盈配合件的装配方法主要有压装法、冷装法、热套法,然而由于碳纤维复合材料和永磁体的热膨胀系数都比较低,不宜采用冷装法和热套法,只能采用压装法。压装法制作转子的流程是先将纤维束一层一层缠绕在能够保证护套内径精度的模具表面,当缠绕层达到一定厚度后,经固化、脱模得到碳纤维护套,随后采用液压机将永磁体压入护套中。

  2、张紧力缠绕法。张紧力缠绕法制作转子无须模具,直接将纤维缠绕在永磁体表面,缠绕时给予纤维束足够大的初始张力,使得固化成型后,碳纤维护套就已经对永磁体有一定的预压应力,从而保护永磁体的安全。

  采用压装法制作转子,护套和永磁体间过盈量的设计与应力分析是一个关键问题,因此采用理论方法计算护套和永磁体间过盈量及应力分布情况,并采用ANSYS建立转子非线性接触模型对理论计算结果进行验证。采用张紧力缠绕法制作转子,缠绕时施加的初始缠绕张力的大小是一个关键问题。

  张紧力缠绕法与压装法相比是一种更好的绑扎方法,它不仅省去了模具在永磁体表面直接成型,而且能在保证产品安全使用的前提下,做到材料的用量最少,即实现等张力缠绕。

 

  阅读延伸:《碳纤维缠绕电机转子保护套的工艺