CN108711981A - 一种转子结构、电机及转子结构的装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转子结构、电机及转子结构的装配方法，其中转子结构包括：转轴、套在转轴上的永磁体、套在永磁体上的碳纤维层、套在碳纤维层上的抗冲击保护层、套在抗冲击保护层上的导电层，碳纤维层、抗冲击保护层和导电层的材料均不同。本发明具有抗拉强度高、抗冲击能力强、涡流损耗低及散热快等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种转子结构、电机及转子结构的装配方法。
背景技术
现有高速永磁电机转子结构为表贴式，如公布号为CN105119408A的发明专利，其包括转轴1、永磁体2、金属层护套3、碳纤维层护套4，该结构在碳纤维护套与永磁体外表面间设有金属屏蔽层，该种结构虽然可以将本该在永磁体中产生的涡流损耗大量转移到金属屏蔽层上，以解决永磁体局部温度过高的问题，但保护套在抗弯、抗剪、抗冲击力等方面还是比较薄弱，究其原因在于碳纤维虽然具备很强的抗拉强度，然而这仅体现在纤维的拉伸方向上，在其它方向则并不是太高。与此同时，相对其超强的抗拉强度，碳纤维其在抗弯、抗剪、抗冲击能力方面也明显处于弱势，某些情况易让自身发生脆性破坏、散架、甚至脱离。
因此，如何设计一种性能更好的转子结构是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种转子结构、电机及转子结构的装配方法。
本发明采用的技术方案是，设计一种转子结构，包括：转轴、套在转轴上的永磁体、套在永磁体上的碳纤维层、套在碳纤维层上的抗冲击保护层、套在抗冲击保护层上的导电层，碳纤维层、抗冲击保护层和导电层的材料均不同。
优选的，抗冲击保护层为凯夫拉纤维层。
优选的，通过凯夫拉纤维束按螺旋缠绕的方式绑扎在碳纤维层的外表面形成凯夫拉纤维层。
优选的，通过碳纤维束按环向缠绕的方式绑扎在所述永磁体的外表面形成碳纤维层。
优选的，导电层的外表面设有凹槽。
优选的，凹槽包含沿导电层轴向设置的若干个通槽和沿导电层周向设置的若干个连接槽。
优选的，连接槽与至少一个通槽连接相通。
优选的，导电层为金属层。
优选的，转轴的外表面设有一圈安装凹部，永磁体、碳纤维层和抗冲击保护层位于安装凹部中，抗冲击保护层的外表面与所述转轴的外表面平齐，导电层包覆抗冲击保护层的外表面，且导电层的两端沿转轴的轴向延伸至包覆转轴的外表面。
优选的，永磁体由至少两个弧形永磁单元围成圆筒状。
优选的，相邻两个弧形永磁单元之间的间隙填充有连接剂
本发明还提出了一种电机，包括上述的转子结构。
本发明还提出了一种上述转子结构的装配方法，包括以下步骤：步骤1、将永磁体安装到转轴上；
步骤2、将碳纤维束按环向缠绕的方式绑扎在永磁体的外表面形成碳纤维层；
步骤3、将凯夫拉纤维束按螺旋缠绕的方式绑扎在碳纤维层的外表面形成凯夫拉纤维层；
步骤4、将导电层热装到凯夫拉纤维层的外表面，待导电层冷却完成装配。
当永磁体由至少两个弧形永磁单元构成时，步骤1为将弧形永磁单元分别用胶粘连至转轴上，并在相邻两弧形永磁单元之间的间隙中填满连接剂。
与现有技术相比，本发明在永磁体上套有复合护套，该复合护套的内层为碳纤维层、中间层为抗冲击保护层、外层为导电层，利用内层的碳纤维层直接对永磁体进行强度保护，利用中间层的抗冲击保护层保护碳纤维层和永磁体，防止外部冲击力损伤碳纤维层，利用外层的导电层屏蔽电磁谐波、降低永磁体中及其自身涡流损耗、与空气接触散热。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明中转子结构的轴向剖面示意图；
图2是本发明中转子结构的径向剖面示意图；
图3是本发明中导电层外表面的锯齿状结构示意图；
图4是本发明中导电层外表面的井字形结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明提出了一种转子结构，包括：转轴1、永磁体2、及包覆在永磁体2外表面的护套，护套为一种特制的三层复合护套，下面分别对这三层进行介绍。
最内层为碳纤维层3，碳纤维层3包覆永磁体2的外表面，充分利用碳纤维在其限位方向具有超高强度的特性，直接对永磁体2进行强度方面的保护，这一特性可以使护套的总厚度大大降低，相比于纯金属护套结构，能让转子总涡流耗损有一个非常明显的下降。碳纤维层3由碳纤维束绑扎在永磁体2的外表面形成，碳纤维束按环向缠绕的方式绑扎，以最大程度地利用其沿纤维方向即环向的超高抗拉强度，防止永磁体2高速旋转时因离心力作用而发生破坏。
中间层为抗冲击保护层4，抗冲击保护层4包覆碳纤维层3的外表面，在优选实施例中，抗冲击保护层4为凯夫拉纤维层，引入凯夫拉纤维是因为其本身相较碳纤维具有更高的抗剪切及抗冲击能力。众所周知，碳纤维延展性较低，加固后的构件破坏形式为脆性破坏，这决定了碳纤维比较适合于长期承受静载荷，对于动载则不太适用，凯夫拉纤维可以很好地弥补这一不足，其延展性非常好，发生破坏的形式也都是塑性破坏，非常适合于承受动载，特别是抗冲击这种，因此将凯夫拉纤维层设置在碳纤维层3的外侧可以有效抵抗外部冲击力，防止外力破坏碳纤维层。凯夫拉纤维层通过凯夫拉纤维束绑扎在碳纤维层的外表面形成，凯夫拉纤维束按螺旋缠绕的方式绑扎，以提高护套整体的抗弯曲能力。
最外层为导电层5，导电层5包覆抗冲击保护层4的外表面，在优选实施例中，导电层5采用金属层，将导电层5放到最外层既可以起到屏蔽电磁谐波、降低永磁体2及其自身涡流损耗的作用，又能让导电层5与空气进行直接接触，方便其将永磁体2上拦截下来的自身涡流损耗产生的热量直接传导到空气中，有利于转子散热，解决永磁体2局部温度过高的问题。较优的，导电层5的外表面还设有凹槽，凹槽的设置有利于转子散热及降低涡流耗损，凹槽优选为包含沿导电层5轴向设置的若干个通槽51和沿导电层5周向设置的若干个连接槽52，连接槽52与至少一个通槽51连接相通，例如图3所示，通槽51和连接槽52呈锯齿状排列，通槽51的同一侧连接多个连接槽52，连接槽52沿轴向间隔均匀排列，再例如图4所示，通槽51和连接槽52呈井字形排列，连接槽52呈环形，连通所有通槽51，提高散热效率及进一步降低涡流耗损。
在优选实施例中，转轴1的外表面设有一圈安装凹部，永磁体2、碳纤维层3和抗冲击保护层4位于安装凹部中，抗冲击保护层4的外表面与转轴1的外表面平齐，导电层5包覆抗冲击保护层4的外表面，且导电层5的两端沿转轴1的轴向延伸至包覆转轴1的外表面。安装凹部的设置使得转轴1外部更平整，而且有利于定位永磁体2、碳纤维层3和抗冲击保护层4，同时也方便碳纤维层3和抗冲击保护层4的纤维束绑扎。
进一步的，永磁体2由至少两个弧形永磁单元21构成，永磁体2内的弧形永磁单元21可围成圆筒状，弧形永磁单元21的内表面通过专用的磁钢胶粘合在转轴1上，永磁体2的外表面通过三层复合护套进行压紧，高速旋转时，由于护套的保护作用，使得永磁体2可以安全运行，相邻两个弧形永磁单元21之间的间隙填充有连接剂，通过连接剂将弧形永磁单元21连接成一个完整的环形整体。
本发明还提出了一种电机，包括上述的转子结构。
本发明还提出了一种上述优选实施例中转子结构的装配方法，包括以下步骤：步骤1、将永磁体2安装到转轴1上，当永磁体2由至少两个弧形永磁单元21构成时，将弧形永磁单元21分别通过专用磁钢胶粘连至转轴1上，然后在相邻两弧形永磁单元21之间的间隙中填满连接剂，确认弧形永磁单元21不会发生松脱；
步骤2、采用缠绕设备将碳纤维束按环向缠绕的方式绑扎在永磁体2的外表面形成碳纤维层3；
步骤3、采用缠绕设备将凯夫拉纤维束按螺旋缠绕的方式绑扎在碳纤维层3的外表面形成凯夫拉纤维层；
步骤4、将金属层加热后一次性热装到转轴1和凯夫拉纤维层的外表面，待金属层冷却一段时间后完成装配。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种转子结构，包括：转轴（1）、套在所述转轴（1）上的永磁体（2）、套在所述永磁体（2）上的碳纤维层（3），其特征在于，还包括：套在所述碳纤维层（3）上的抗冲击保护层（4）、套在所述抗冲击保护层（4）上的导电层（5），所述碳纤维层（3）、抗冲击保护层（4）和导电层（5）的材料均不同。
2.如权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述抗冲击保护层（4）为凯夫拉纤维层。
3.如权利要求2所述的转子结构，其特征在于，所述凯夫拉纤维层中的凯夫拉纤维束按螺旋缠绕的方式绑扎在所述碳纤维层（3）的外表面。
4.如权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述碳纤维层（3）中的碳纤维束按环向缠绕的方式绑扎在所述永磁体（2）的外表面。
5.如权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述导电层（5）的外表面设有凹槽。
6.如权利要求5所述的转子结构，其特征在于，所述凹槽包含沿所述导电层（5）轴向设置的若干个通槽（51）和沿所述导电层（5）周向设置的若干个连接槽（52）。
7.如权利要求6所述的转子结构，其特征在于，所述连接槽（52）与至少一个通槽（51）连接相通。
8.如权利要求1至7任一项所述的转子结构，其特征在于，所述导电层（5）为金属层。
9.如权利要求1至7任一项所述的转子结构，其特征在于，所述转轴（1）的外表面设有一圈安装凹部，所述永磁体（2）、碳纤维层（3）和抗冲击保护层（4）位于所述安装凹部中，所述抗冲击保护层（4）的外表面与所述转轴（1）的外表面平齐，所述导电层（5）包覆所述抗冲击保护层（4）的外表面，且所述导电层（5）的两端沿所述转轴（1）的轴向延伸至包覆所述转轴（1）的外表面。
10.如权利要求1至7任一项所述的转子结构，其特征在于，所述永磁体（2）由至少两个弧形永磁单元（21）围成圆筒状。
11.如权利要求10所述的转子结构，其特征在于，相邻两个弧形永磁单元（21）之间的间隙填充有连接剂。
12.一种电机，其特征在于包括：权利要求1至11任一项所述的转子结构。
13.一种如权利要求2或3所述转子结构的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将永磁体（2）安装到转轴（1）上；
步骤2、将碳纤维束按环向缠绕的方式绑扎在所述永磁体（2）的外表面形成碳纤维层（3）；
步骤3、将凯夫拉纤维束按螺旋缠绕的方式绑扎在所述碳纤维层（3）的外表面形成凯夫拉纤维层；
步骤4、将导电层（5）热装到凯夫拉纤维层的外表面，待导电层（5）冷却完成装配。
14.如权利要求13所述的装配方法，其特征在于，当所述永磁体（2）由至少两个弧形永磁单元（21）构成时，所述步骤1为将所述弧形永磁单元（21）分别用胶粘连至转轴（1）上，并在相邻两弧形永磁单元（21）之间的间隙中填满连接剂。
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