一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子及制作方法技术

本发明专利技术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，为了达到与本发明专利技术相同的强度，需要额外缠绕碳纤维，这样，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子及制作方法
本专利技术涉及电机转子制备
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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。本专利技术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，dex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，ks表示第一层中磁粉胶膜与碳纤维层的厚度比，ke表示第N层中磁粉胶膜与碳纤维层的厚度比，dc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，在本专利技术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。在一种可能的实现方式中，在本专利技术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：在所述N层复合磁性材料层与所述碳纤维保护套之间的单层碳纤维层，用于防止过盈装配导致所述复合磁性材料层脱落。本专利技术还提供了一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子的制作方法，包括如下步骤：S1：将磁粉与环氧树脂粘结剂、偶联剂、固化剂、增塑剂混合，在第一预设温度下搅拌，得到磁粉胶膜；S2：对转轴的侧表面进行粗糙处理；S3：在粗糙处理后的转轴的两端分别安装合金挡板，合金挡板的外径大于或等于转子最终成型后的外径；S4：利用伺服电机带动转轴转动，利用喷嘴将磁粉胶膜铺覆在碳纤维层上后缠绕在转轴的侧表面上，同时，通过安装于转轴底面上的霍尔元件对缠绕圈数进行检测，根据缠绕圈数，利用线性控制系统控制喷嘴喷出的磁粉胶膜的量；其中，伺服电机转动的圆周线速度恒定；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，dex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，ks表示第一层中磁粉胶膜与碳纤维层的厚度比，ke表示第N层中磁粉胶膜与碳纤维层的厚度比，dc为每层复合磁性材料层中碳纤维层的厚度；S5：在复合磁性材料层缠绕完成后，将碳纤维保护套与复合磁性材料层过盈装配；S6：装配完成后，拆卸霍尔元件，在第二预设温度下固化预设时长后，拆卸合金挡板，最后进行机械加工，得到复合转子。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子的制作方法中，步骤S1中，第一预设温度为50℃~60℃。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子的制作方法中，步骤S4中，伺服电机转动的圆周线速度为0.1m/s~1m/s。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子的制作方法中，步骤S5中，在复合磁性材料层缠绕完成后，在将碳纤维保护套与复合磁性材料层过盈装配之前，还包括：在复合磁性材料层的表面缠绕单层碳纤维层。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子的制作方法中，步骤S6中，第二预设温度为120℃~130℃，预设时长为4h~5h。在一种可能的实现方式中，在本专利技术提供的上述新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子的制作方法中，在执行步骤S6之后，还包括如下步骤：S7：在复合磁性材料层轴向的两端的表面涂覆环氧树脂涂层。本专利技术提供的上述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，沿径向向外，离心力增大，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，从而可以解决电机转子的强度问题；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，为了达到与本专利技术相同的强度，需要额外缠绕碳纤维，这样，与现有的磁粉胶膜与碳纤维厚度比恒定的转子相比，本专利技术可以有效提高单位体积内的磁粉含量，提高复合磁性材料的剩磁，从而可以有效提升电机转子的电磁性能；并且，由于电机转子的电磁性能得到有效提升，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，提高高速电机转子的可靠性，解决高速电机转子应力集中的问题，从而解决高速电机向大功率、高转速发展的关键技术问题。附图说明图1为本专利技术提供的一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子的结构示意图；图2为图1沿AA方向的剖视图；图3为本专利技术提供的一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子的制作方法的流程图；图4为本专利技术实施例1中合金挡板安装示意图；图5为本专利技术实施例1中复合磁性材料缠绕示意图。附图标记说明：转轴1；N层复合磁性材料层2；碳纤维保护套3；单层复合磁性材料层4；碳纤维层5；磁粉胶膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子，其特征在于，包括：转轴、在所述转轴侧表面层级缠绕的

【技术特征摘要】
1.一种新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子，其特征在于，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，dex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，ks表示第一层中磁粉胶膜与碳纤维层的厚度比，ke表示第N层中磁粉胶膜与碳纤维层的厚度比，dc为每层复合磁性材料层中碳纤维层的厚度。


2.如权利要求1所述的新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子，其特征在于，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。


3.如权利要求1所述的新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子，其特征在于，还包括：在所述N层复合磁性材料层与所述碳纤维保护套之间的单层碳纤维层，用于防止过盈装配导致所述复合磁性材料层脱落。


4.一种如权利要求1~3任一项所述的新型高速电机多层碳纤维-磁粉复合转子的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将磁粉与环氧树脂粘结剂、偶联剂、固化剂、增塑剂混合，在第一预设温度下搅拌，得到磁粉胶膜；
S2：对转轴的侧表面进行粗糙处理；
S3：在粗糙处理后的转轴的两端分别安装合金挡板，合金挡板的外径大于或等于转子最终成型后的外径；
S4：利用伺服电机带动转轴转动，利用喷嘴将磁粉胶膜铺覆在碳纤维层上后缠绕在转轴的侧表面上，同时，通过安装于转轴底面上的霍尔元件对缠绕圈数进行检...

【专利技术属性】
技术研发人员：王惠军，张凤阁，姚金宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11