CN207518375U - 一种复合式高速永磁电机转子 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种复合式高速永磁电机转子，由轴、永磁块、铜箔、碳纤维组成，所述转子轴的本体从里到外依次包裹固定有永磁块、金属箔、高强度纤维，所述轴的本体上用于固定永磁块的部位通过车床加工形成凹部，其两端加工成用于限制所述永磁块的凸台，这与现有技术是不同的，现有技术是通过过盈配合形成端部。本实用新型中，两端的凸台可以阻挡中间的部件左右移动，对于高速旋转结构至关重要。这与一体成型的生产工艺，极大地增强了转子整体结构的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于高速电机领域，具体涉及一种复合式高速永磁电机转子及其制造方法。
背景技术
目前的高速永磁电机转子的主流结构如图1所示，导磁轴1外表面用胶水贴永磁体块2，然后外圈依次为金属屏蔽套3(铝套或者是铜套)和碳纤维护套4，最后两端加上不导磁压板5压紧用于保护永磁体块2。该结构的主要缺点为：
(1)永磁体外面的金属屏蔽套和碳纤维护套都需要单独制作好之后，然后通过过盈量套装，采用的方法往往需要转子进行液氮冷却套装或者是轴向加很大的压力进行压装，这种制作工艺非常复杂而且低效率；
(2)永磁体往往是先充磁的，其强大的磁力，会使装配极为困难，容易导致装配工人受伤；
(3)为了保护永磁体，往往两端还要通过过盈配合增加端板。
发明内容
本发明针对现有技术中永磁电机转子制造工艺复杂、制造效率低、装配困难危险大的问题，公开了一种更加简便安全的转子制造方法及结构合理的转子。具体的公开了一种复合式高速永磁电机转子的制造方法，复合式永磁电机转子由轴、永磁块、金属箔、碳纤维组成，上述的金属箔为导电金属箔，最好是导电性好的金属，其制造的步骤如下：
S1：加工转子的轴，所述轴的中间形成凹部，两侧留有凸台；
S2：永磁块由若干小永磁块组成，用胶水将小永磁块沿轴的环向和轴向无缝隙地粘接到轴上，所述小永磁块之间沿轴的环向和轴向成直线；
S3：用金属箔将所述小永磁块拼接成的永磁块进行缠绕，缠绕总厚度按照集肤效应的透入深度确定；
S4：用高强度纤维将金属箔包裹的外表面进行缠绕；
S5：选择树脂通过湿法缠绕工艺；
S6：固化树脂；
S7：对高强度纤维表面进行精加工；
S8：对转子进行整体充磁。
优选的是，在步骤S3中，金属箔的最里一层和最外一层的通过胶水粘接，中间缠绕过程施加张力，因张力而导致的应力不能超过其屈服强度。
按照上术方法生产出来的永磁电机转子，轴的本体从里到外依次包裹固定有永磁块、金属箔、高强度纤维，所述轴的本体上用于固定永磁块的部位通过车床加工形成凹部，其两端加工成用于限制所述永磁块的凸台，这与现有技术是不同的，现有技术是通过过盈配合形成端部。本发明中，两端的凸台可以阻挡中间的部件左右移动，对于高速旋转结构至关重要。这与一体成型的生产工艺，极大地增强了转子整体结构的稳定性。
优选的是，轴的凹部包裹固定的永磁块由若干分块的小永磁块拼接形成，所述小永磁块适应轴成弧形结构。永磁体过大会导致压制烧结过程良品率低，因此大电机的永磁体无法做成整个圆筒型结构，特别是在50KW以上的电机，永磁体无法做成整个圆筒型结构。本发明中，小永磁块为分块的弧形结构，周向和轴向的数量按照需求粘贴小永磁块。小永磁块未充磁，通过胶水可以方便地粘接到轴上。小永磁块环向和轴向填充满，对齐排布，小永磁块之间可以有小缝隙，但要均匀，而且缝隙越小越佳。
优选的是，小永磁块拼接形成的缝隙成直线。因为小永磁块是有极性的，相同极性的永磁体要对齐，否则会相互抵消磁场)。
优选的是，所述金属箔缠绕在永磁块上，缠绕总厚度根据集肤效应确定，所述铜箔缠绕在永磁块上时，最里面及最外面一层采用胶水粘接，胶水优选环氧类，主要是因为碳纤维固化需要使用的也是环氧树脂，所述金属箔的厚度范围为0.1-0.2mm。
铜箔单层厚度为d＝0.1mm左右的铜箔最佳，宽度L为磁钢覆盖的总长度，或者是磁钢覆盖总长度的整数分之一，缠绕总厚度Δ按照集肤效应确定。
下面以紫铜为例进行介绍，
μ－材料的磁导率，单位H/m，紫铜的磁导率4π*10-7H/m；
σ－材料的电导率，单位S/m，紫铜的电导率5.8*107S/m；
f—电磁频率，单位Hz，通常取变频器的载波频率，本处取8kHz。
Δ＝集肤效应的透入深度，，将μ，σ，f的数值代入(1)式，计算出Δ＝0.74*10-3m；
优选的是，所述金属箔的厚度为0.1mm，这是因为0.1mm的金属箔容易购买，太厚柔韧性不足，太薄容易损坏。
优选的是，上面所说的高强度纤维可以选择碳纤维、凯夫拉或者是玻璃纤维，这三种纤维具有高强度、高模量和低密度的优点，也是工程上最经常使用的纤维，工艺成熟可靠。
优选的是，金属箔用紫铜、铝、银等导电性好的金属箔。
本发明相对于现有技术，优点在于：
(1)永磁体外面采用铜箔施加预紧力缠绕进行高次谐波磁场屏蔽，替代传统的金属护套，不需要精确的金属护套车加工，降低了车加工造成的材料和人力浪费；
(2)传统的纤维护套成型之后，再精加工后套装，而碳纤维等高强度纤维护套的热膨胀系数几乎为0，套装非常困难，这种方式在本发明中是无法利用的，采用碳纤维或者凯夫拉等高强度纤维施加预紧力进行湿法缠绕固化，可以强化转子的性能稳定性；
(3)转子统一固化成型之后，再采用充磁机对转子进行后充磁，替代之前的永磁体先充磁后组装的装配工艺。后充磁方式可以避免永磁体装配过程的磁力，因此装配简单，精度高，不会产生由于永磁体磁力过大导致人员受伤的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是对本发明的实施例的描述，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据技术方案进行简单变形或者名称变化，或者是采取惯用手段，也可以实现发明目的。
图1：现有技术轴向截面图
图2：一种复合式高速永磁电机转子的轴向截面图
图3：一种复合式高速永磁电机转子的圆周截面图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
如图2、3所示，本实施例公开了一种复合式高速永磁电机转子制造方法，以及按照这种方法生产出来的产品。其生产的步骤如下：
轴1为导磁材料，本实施例采用45号钢，加工成图2中所示结构，中间有一个凹部，两侧留有凸台，其作用如现有技术中端板5(如图1)的作用，可以阻挡中间的部件左右移动，对于高速旋转结构至关重要。
本方案中，永磁块2由若干小永磁块组成，小永磁块为弧形结构，周向和轴向的数量按照需求进行粘贴。永磁块2未充磁，通过胶水可以方便地粘接到轴1上。永磁块2由小永磁块在环向和轴向填充满，对齐排布，永磁块2之间的缝隙要成直线。
然后用紫铜箔3进对永磁块进行缠绕，本实施例中紫铜箔3的单层厚度d＝0.1mm，宽度L为永磁块覆盖的总长度，或者是永磁块覆盖总长度的整数分之一，缠绕总厚度Δ按照集肤效应确定。
μ－材料的磁导率，单位H/m，紫铜的磁导率4π*10-7H/m；
σ－材料的电导率，单位S/m，紫铜的电导率5.8*107S/m；
f—电磁频率，单位Hz，通常取变频器的载波频率，本处取8kHz。
Δ＝集肤效应的透入深度，单位m，将μ，σ，f的数值代入公式，计算出Δ＝0.74*10- 3m；
则本实施例的的缠绕层数为Δ/d＝7.4层，取整数为8层。为了防止松脱，铜箔第一层和最后一层的收尾通过胶水粘接，中间缠绕过程施加张力，因张力而导致的应力不能超过其屈服强度。
待粘接铜箔的胶水固化之后，开始高强度纤维的缠绕，高强度纤维选择碳纤维。然后根据纤维特点选择合适的树脂通过湿法缠绕工艺。本实施例选择碳纤维，树脂选择高温环氧类，本实施例选用达森公司的环氧树脂，型号为DS—900，其规格如下表，使用温度可达200℃。
缠绕之后的转子，整体放在温箱内，根据树脂固化要求来设定固化的温度和时间。
固化之后的转子，其永磁块、紫铜箔、碳纤维丝和树脂已经完全固化成一体。然后将碳纤维表面精加工到最终的尺寸。
根据最终所需要的转子极对数和充磁方向设计充磁头，然后对转子进行整体充磁。对于高速电机，其转子的极对数通常为1或者2，充磁方向通常为平行充磁或者是径向充磁。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的变动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种复合式高速永磁电机转子，其特征在于，由轴、永磁块、铜箔、碳纤维组成，所述轴的本体从里到外依次包裹固定有永磁块、具有导电功能的金属箔、高强度纤维，所述轴本体用于固定永磁块的部位形成凹部，其两端具有限制所述永磁块的凸台。
2.如权利要求1所述的一种复合式高速永磁电机转子，其特征在于，所述轴的凹部包裹固定的永磁块由若干分块的小永磁块拼接形成，所述小永磁块适应轴成弧形结构。
3.如权利要求2所述的一种复合式高速永磁电机转子，其特征在于，所述小永磁块拼接形成的缝隙成直线。
4.如权利要求1至3所述的任意一种复合式高速永磁电机转子，其特征在于，所述金属箔缠绕在永磁块上，缠绕总厚度根据集肤效应确定，所述金属箔缠绕在永磁块上时，最里面及最外面一层采用胶水粘接，所述金属箔的厚度范围为0.1mm-0.2mm。
5.如权利要求1至3所述的任意一种复合式高速永磁电机转子，其特征在于，所述金属箔的厚度为0.1mm。
6.如权利要求4所述的一种复合式高速永磁电机转子，其特征在于，所述胶水为环氧类胶水。
7.如权利要求1至3所述的任意一种复合式高速永磁电机转子，其特征在于，所述的高强度纤维为碳纤维、凯夫拉或者是玻璃纤维。
8.如权利要求1至3所述的任意一种复合式高速永磁电机转子，其特征在于，所述的金属箔为紫铜、铝或者银。
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| CN201721333475.8U CN207518375U (zh) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 一种复合式高速永磁电机转子 |
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