碳纤维电机转子护套的设计理念分析

  高速永磁电机具有转速高、体积小、功率密度高、制造用料少、效率高、结构较为简单、不需要传统的变速机构、噪音小、转动惯量小、动态响应快等特点,符合目前节能减排、绿色环保的经济发展需求,是国际上电气、机械领域研究的热点之一。目前,高速永磁电机在离心式压缩机、混合动力汽车、燃气轮机的驱动、航空航天等领域有着重要的应用。

  由于高速永磁电机转速很高,表面线速度可达200m/s以上,因此对转子的强度和刚度有着较高的要求。但永磁体材料本身的抗拉强度较低,在高速旋转的情况下为保护永磁体,一般需要给它加上护套来保护。目前通常采用的合金材料的护套,既能提高转子的刚度又能提高转子的强度。

碳纤维电机转子护套

  但采用纯合金护套时,由于合金护套厚度较大,因此在该合金护套上的涡流损耗很高,从而导致转子温升过高,可能导致永磁体的不可逆退磁。针对高速永磁电机的转子的合金护套涡流损耗高、可能导致永磁体退磁的问题,研究人员提供一种碳纤维复合材料电机转子护套方案。

  该电机转子护套包括由合金材料加工而成的简状主体,且简状主体具有轴向设置的第一中央通孔;简状主体包括永磁体安装段以及两个转轴安装段,永磁体安装段以及两个转轴安装段沿筒状主体的轴向设置,且两个转轴安装段分别位于永磁体安装段的两端;筒状主体的外壁具有开口,且开口的轴向长度与永磁体安装段的轴向长度匹配。

  电机转子护套内层保护套,且内层保护套为简状并具有第二中央通孔;内层保护套的轴向长度与永磁体安装段的轴向长度匹配,且内层保护套以过盈配合方式装配到筒状主体的第一中央通孔的永磁体安装段。

  电机转子护套还包括由导电材料加工而成的屏蔽套,且屏蔽套为简状并具有第三中央通孔;屏蔽套的轴向长度与永磁体安装段的轴向长度匹配,且屏蔽套以过盈配合方式装配到内层保护套的第二中央通孔内。

  内层保护套2可采用碳纤维复合材料。该电机转子护套中的损耗主要集中在外层的简状主体1上。在电机转子护套采用双层复合结构时,外层的筒状主体1可提供转子的刚度和强度,而内层保护套2可补充转子强度。

  电机转子护套还可包括由导电材料(例如铜)加工而成的屏蔽套,且屏蔽套为简状并具有第三中央通孔;屏蔽套的轴向长度与永磁体安装段的轴向长度匹配,且屏蔽套以过盈配合方式装配到内层保护套2的第二中央通孔内。屏蔽套可以减小电机转子的涡流损耗,提高电机效率。