采用磁粉和碳纤维混合分层绑扎转子的高速永磁电动机制造技术

采用磁粉和碳纤维混合分层绑扎转子的高速永磁电动机，其特征在于：该电动机包括机壳（1）、定子以及分层绑扎混合永磁转子，定子和转子均设置在机壳（1）内，该种分层转子外单元层添加的导电永磁材料磁粉可对高频电磁波产生屏蔽，降低内单元层混合永磁材料磁粉高频涡流损耗。该种结构能够有效减小电机转子内的热源，从根源上解决高速电机转子过热问题。同时该种结构保证了电机转子的均匀性、整体性和一致性，可以从机械上解决永磁体在高速旋转情况下受较大的拉应力而发生破碎的问题。

High Speed Permanent Magnet Motor with Rotor Layered by Magnetic Powder and Carbon Fiber

The high-speed permanent magnet motor (PMSM) with hybrid layered binding of magnetic powder and carbon fibers is characterized by: the motor includes a case (1), a stator and a hybrid permanent magnet rotor with layered binding. The stator and the rotor are all located in the case (1). The conductive permanent magnet material magnetic powder added to the outer layer of the layered rotor can shield high-frequency electromagnetic wave and reduce the mixed permanent magnet in the inner layer. High frequency eddy current loss of material magnetic powder. This structure can effectively reduce the heat source in the motor rotor and solve the problem of overheating of the high-speed motor rotor from the root. At the same time, the structure guarantees the uniformity, integrity and consistency of the motor rotor. It can mechanically solve the problem that the permanent magnet is broken by large tensile stress under high-speed rotation.

【技术实现步骤摘要】
采用磁粉和碳纤维混合分层绑扎转子的高速永磁电动机
本技术涉及一种采用磁粉和碳纤维混合分层绑扎转子的高速永磁电动机。属于电机领域问题。
技术介绍
由于高速电机转速高，功率密度大，体积小，可以有效地节约材料；由于转动惯量较小，所以动态响应较快；高速电机可与工作机或负载直接相连，省去了传统的机械负载变速装置，因而可减小噪音和提高传动系统效率。高速电机的研究与应用符合节能减排的经济发展需要，目前已成为国际电工领域的研究热点之一，在高速磨床、空气循环制冷系统、储能飞轮、高速离心压缩机、鼓风机、航空航天等具有广泛的应用前景。永磁电机以其结构简单、力能密度高、无励磁损耗、效率高等优点，最适合于高速电机。高速高频电机与普通电机相比设计难度较大，高速电机转速高达每分钟数万转甚至十几万转，圆周速度可达200m/s以上，电机在高速旋转的情况下，定子铁心损耗很大，空气和转子表面的摩擦会给电机带来很大的损耗，同时对于高速永磁电机来说，转子永磁体的涡流损耗非常大，然而电机的转子散热困难，会造成电机转子的温升过高，而永磁体在温度过高的情况下会发生不可逆退磁，给电机造成严重危害，因此减小电机转子永磁体涡流损耗成为高速永磁电机设计的核心问题之一。对于高速永磁电机来说，转子强度问题更为突出，永磁体抗拉强度远小于抗压强度，转子高速旋转产生较大的离心力，使永磁体易发生破损，因此必须对永磁体采取保护措施。
技术实现思路
技术目的：本技术提供一种采用磁粉和碳纤维混合分层绑扎转子的高速永磁电动机，其目的是解决传统的高速永磁电机转子涡流损耗大、散热困难造成永磁体不可逆退磁以及在高速旋转情况下永磁体受拉应力破损的问题，进而提高电机的电机的可靠性和运行寿命。本技术采用以下技术方案：采用磁粉和碳纤维混合分层绑扎转子的高速永磁电动机，其特征在于：该电动机包括机壳、定子以及分层绑扎混合永磁转子，定子和转子均设置在机壳内，定子包括定子铁心和定子绕组，定子绕组设置在定子铁心内，转子轴向穿过定子且转子与定子之间留有供冷却气体通过的轴向内风道，定子两端的壳体上分别设置有风道入口和风道出口，风道入口通过轴向内风道连通风道出口；以使得转子冷却气体从风道入口经轴向内风道，最后从出口风道出去，完成对转子的冷却。所述分层绑扎混合永磁转子包括转子铁心、转子外单元层、转子中单元层以及转子内单元层；转子内单元层设置在转子铁心外，转子中单元层设置在转子内单元层外，转子外单元层设置在转子中单元层外，转子外单元层外绑扎一层碳纤维，每个单元层均由内部层的碳纤维或玻璃丝层与外部的混合永磁材料层构成。该种新型混合永磁结构即为新型混合永磁材料与碳纤维交替绑扎，无论多少层后都是新型混合永磁材料，然后在最外层添加一层碳纤维。定子铁心设置有贯通轴向的供孔转子车穿过的孔，定子绕组设置在定子铁心的孔壁内。定子的两端的两端还设置有绕组压板3。（绕组压板采用绝缘导热材料，主要的作用是固定绕组两端的端部，同时该压板可以有效的进行绕组端部与定子进行之间的换热，有利于降低绕组端部的温升。）混合永磁材料层15是由永磁材料磁粉与树脂混合而成的材料。（材料的混合方法是通过精确的有限元计算，根据电机运行所需的励磁，然后按照永磁材料磁粉与树脂1：1的比例进行混合，因为若比例过大，将大大影响混合后新型永磁材料的整体性，强度问题将难以保证，若比例过小，励磁将难以达到，这样将增加整体厚度，进而强度问题也被显现而出。）混合永磁材料层15沿径向由内至外，随着单元层数的增加，每层单元的永磁材料磁粉的含量依次增多，绑扎的碳纤维或玻璃丝层厚度依次增厚，并进行整体充磁形成若干极数。（根据电机的功率等级，确定电机的转子最大外径，确定电机所需励磁的大小，初步估算转子分层的个数及磁粉的含量，通过电机的磁路计算，多次迭代，最终确定分层个数及各层磁粉含量，碳纤维或玻璃丝厚度的增加则需要根据精确的有限元计算，计算出外单元层碳纤维或玻璃丝厚度足够保证内单元层混合永磁材料的可靠性）一般情况，厚度同捆扎之后的转子的半径平方成正比。机壳1的两端设置有端盖12。定子铁心4的内壁上设置有用于固定绕组的定子槽，该定子槽为梨形槽，梨形槽的开口朝向转子；绕组分上、下两层，采取短距叠绕组连接，绕组采用细导线多根并绕。（绕组一般分为单层绕组和双层绕组，该处采用的是双层绕组，因此分为上下两层，短节距绕组包括短节距叠绕组和短节距波绕组；多根并绕是采用多根细导线代替原来的粗导线，进而达到减小集肤效应。）所述细导线多根并绕是细导线多根并绕短距Y接的形式。（采用多根并绕线的短节距星接的连接方式。）。混合永磁材料与碳纤维（或玻璃丝）绑扎交替放置，在绑扎若干个单元层后，在其最外层绑扎一层碳纤维，进而形成了混合永磁材料分层绑扎结构的高速永磁电动机转子。具体的说：定子绕组与转子外围之间设置有轴向内风道；其永磁转子的主要特征是采用混合永磁材料的分层绑扎结构，混合永磁材料是由永磁材料磁粉与树脂混合，每个单元层由内层的碳纤维（或玻璃丝）与外层的混合永磁材料构成，内层的碳纤维（或玻璃丝）是为了进行固定，外层的混合永磁材料是为了提供励磁。混合永磁材料与碳纤维（或玻璃丝）绑扎交替放置，在绑扎若干个单元层后，在其最外层绑扎一层碳纤维以保证电机转子的整体强度，进而形成了混合永磁材料的分层绑扎结构高速永磁电动机转子。沿径向由内至外，随着单元层数的增加，永磁材料磁粉的含量依次增多，绑扎的碳纤维（或玻璃丝）厚度依次增厚，并进行整体充磁形成若干极数。该种分层绑扎混合永磁转子结构中碳纤维和树脂都是电绝缘材料，而具有较大电导率的永磁材料磁粉与树脂混合，并与碳纤维分层绑扎构成混合永磁材料的分层绑扎结构转子，能够大大减小转子内的永磁材料产生的涡流损耗，从而有效的降低转子发热；同时，由于碳纤维材料具有密度小、抗拉强度大、受温度影响较小的特点，可以对混合永磁材料在转子高速旋转的情况下提供更安全有效的保护，树脂能够大大提高永磁材料磁粉混合后的均匀性和整体性，避免电机转子在高速运行下的造成的局部应力过大的问题，该种转子采用混合永磁材料的分层绑扎结构能够有效的保证电机转子在高速旋转时强度的可靠性。定子上用于设置绕组的定子槽为梨形槽，绕组分上、下两层，采取短距叠绕组连接，绕组采用细导线多根并绕，能够有效减小由趋肤效应造成的附加损耗；定子铁心由超薄低损耗冷轧无取向电工钢片叠压而成，可以有效降低高频下的铁心损耗。定子绕组与转子外围之间设置有轴向内风道；在机壳上设置有风道的进风口和出风口。优点及效果：本技术提出了一种采用磁粉和碳纤维混合分层绑扎转子的高速永磁电动机，转子采用的混合永磁材料是由永磁材料磁粉与树脂混合并充磁形成若干极数，每个单元层由内层的碳纤维（或玻璃丝）与外层的混合永磁材料构成，内层的碳纤维或玻璃丝是为了对其转子内部结构进行固定提高强度，外层的混合永磁材料是为了提供励磁。混合永磁材料与碳纤维（或玻璃丝）绑扎交替放置，在绑扎若干个单元层后，在其最外层绑扎一层碳纤维以保证电机转子的整体强度，进而形成了混合永磁材料分层绑扎结构的高速永磁电动机转子。该种混合永磁材料分层绑扎结构电机转子由内至外，随着单元层数的增加，永磁材料磁粉的含量依次增多，转子最外层对强度要求最大，所以最外层绑扎的碳纤维厚度较大。该种转子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.采用磁粉和碳纤维混合分层绑扎转子的高速永磁电动机，其特征在于：该电动机包括机壳（1）、定子以及分层绑扎混合永磁转子，定子和转子均设置在机壳（1）内，定子包括定子铁心（4）和定子绕组（5），定子绕组（5）设置在定子铁心（4）内，转子轴向穿过定子且转子与定子之间留有供冷却气体通过的轴向内风道（6），定子两端的壳体上分别设置有风道入口（2）和风道出口（11），风道入口（2）通过轴向内风道（6）连通风道出口（11）；所述分层绑扎混合永磁转子包括转子铁心（14）、转子外单元层（7）、转子中单元层（8）以及转子内单元层（9）；转子内单元层（9）设置在转子铁心（14）外，转子中单元层（8）设置在转子内单元层（9）外，转子外单元层（7）设置在转子中单元层（8）外，转子外单元层（7）外绑扎一层碳纤维，每个单元层均由内部层的碳纤维或玻璃丝层（16）与外部的混合永磁材料层（15）构成；定子铁心（4）设置有贯通轴向的供孔转子车穿过的孔，定子绕组（5）设置在定子铁心（4）的孔壁内；定子的两端的两端还设置有绕组压板（3）。

【技术特征摘要】
1.采用磁粉和碳纤维混合分层绑扎转子的高速永磁电动机，其特征在于：该电动机包括机壳（1）、定子以及分层绑扎混合永磁转子，定子和转子均设置在机壳（1）内，定子包括定子铁心（4）和定子绕组（5），定子绕组（5）设置在定子铁心（4）内，转子轴向穿过定子且转子与定子之间留有供冷却气体通过的轴向内风道（6），定子两端的壳体上分别设置有风道入口（2）和风道出口（11），风道入口（2）通过轴向内风道（6）连通风道出口（11）；所述分层绑扎混合永磁转子包括转子铁心（14）、转子外单元层（7）、转子中单元层（8）以及转子内单元层（9）；转子内单元层（9）设置在转子铁心（14）外，转子中单元层（8）设置在转子内单元层（9）外，转子外单元层（7）设置在转子中单元层（8）外，转子外单元层（7）外绑扎一层碳纤维，每个单元层均由内部层的碳纤维或玻璃丝层（16）与外部的混合永磁材料层（15）构成；定子铁心（4）设置有贯通轴向的供孔转子车穿过的孔，定子绕组（5）设置在定子铁心（4）的孔壁内；定子的两端的两端还设置有绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤阁，刘光伟，金石，于思洋，施隆，刘豪，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21