用于制造转子的改进方法技术

提供了一种制造用于飞行器发动机的发电机的转子的方法。该方法包括：提供转子本体；将至少一个磁体安装在转子本体上；将丝束缠绕在转子本体和至少一个磁体周围以形成具有在径向方向上叠置的多层的缠绕丝束；以及使缠绕的丝束固化以形成纤维增强复合材料套筒的至少一部分，该纤维增强复合材料套筒构造成将至少一个磁体保持在转子本体上。缠绕步骤包括在缠绕期间向丝束施加受控张力。受控张力根据被缠绕层的径向位置而变化。还提供了通过这种方法制造的转子、包括这种转子的飞行器发动机的发电机、以及包括这种发电机的飞行器推进系统。以及包括这种发电机的飞行器推进系统。以及包括这种发电机的飞行器推进系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造转子的改进方法


[0001]本专利技术涉及一种用于制造用于飞行器发动机的发电机的转子的改进方法。本专利技术还涉及一种用于根据这种方法制造的飞行器发动机的发电机的转子，并且涉及一种飞行器发动机的发电机和一种包括这种转子的飞行器推进单元。

技术介绍

[0002]如发电机设计领域的技术人员所理解的，永磁发电机通常包括具有表面安装磁体的转子，该转子构造成在相应定子的绕组中感应电场。在高速发电机中，磁体随着它们旋转会暴露于极大的向心力。诸如转子的转速、转子的直径和磁体的重量之类的因素都会影响这些向心力。如果磁体没有通过一些形式的机械支承件固定到位，它们可能会从转子本体上抬起，这可能导致发电机故障。已经有多种解决方案试图将磁体保持在转子本体上。
[0003]一种已知的解决方案涉及将预成型的复合材料套筒压在转子本体和磁体上。美国专利文献US6047461A描述了这样一种方法，其中使用液压将纤维增强塑料套筒配装在永磁体组件上方以将其固定到转子轴。
[0004]另一种解决方案包括在液氮浴槽中冷冻转子本体，然后在其上方滑动套筒并允许转子随后膨胀到套筒中，将磁体捕获在套筒和转子本体之间。
[0005]替代性解决方案涉及将预先浸渍有可固化树脂的纤维材料在张力下缠绕到转子本体上，并使树脂固化以形成将纤维材料保持就位的复合材料套筒。然而，该固化步骤将导致纤维材料松弛，并因此提供以比最初施加的张力低的张力缠绕在转子本体周围的套筒。为了减轻这种松弛，预先浸渍的纤维材料尽可能紧密地缠绕在转子本体周围，并在整个缠绕过程中不断施加最大可能的张力。
[0006]在英国专利文献GB2353902A中描述了另一种解决方案，其中通过在磁体中提供凹部来减轻磁体的移动，并使用碳纤维罐形部分通过过盈配合将磁体保持就位。
[0007]需要一种改进的制造永磁发电机转子的方法。正是在这种背景下设想了本专利技术。

技术实现思路

[0008]根据本专利技术的第一方面，提供了一种制造用于飞行器发动机的发电机的转子的方法，该方法包括：提供转子本体；将至少一个磁体安装在转子本体上；将包括细长纤维和可固化基质的丝束缠绕在转子本体和至少一个磁体周围以形成具有在径向方向上叠置的多个丝束层的缠绕的丝束；以及使缠绕的丝束固化以形成纤维增强复合材料套筒的至少一部分，该纤维增强复合材料套筒构造成将至少一个磁体保持在转子本体上，其中，缠绕步骤包括在缠绕期间向丝束施加受控张力，并且其中，受控张力根据被缠绕层的径向位置而变化。
[0009]受控张力可以在缠绕步骤期间变化，使得施加到缠绕的丝束的至少一层径向内层的受控张力高于施加到缠绕的丝束的至少一层径向外层的受控张力。
[0010]在缠绕步骤期间可以改变受控张力，使得随着被缠绕的层的径向位置增加，受控张力逐渐减小。术语“逐渐减小”可涉及逐渐减小张力。该术语可以附加地或替代地涉及一
个或多个阶跃变化降低。张力可以逐渐减小，使得每一层的张力不同，或成组层中的每一层的张力相同。例如，第一组层可以以第一受控张力缠绕，而第二组层可以以小于第一受控张力的第二受控张力缠绕，其中第二组层在第一组层的径向外侧。可以在小于第一和第二受控张力的其它受控张力下缠绕其它径向外部层组。例如，在第二组层的径向外侧的第三组层可以以小于第二受控张力的第三受控张力缠绕。
[0011]在缠绕期间施加到丝束的受控张力横跨丝束的宽度可以是恒定的。这意味着对于丝束的每一层或子层、即每束丝束，受控张力横跨其宽度是恒定的。这样，施加到每束纤维的张力基本上是恒定的。这与其中将丝束缠绕成使得每束内的纤维具有不同张力的布置不同。
[0012]在设想本专利技术时，专利技术人识别了“
技术介绍
”部分中描述的已知方法的各种缺点。考虑到涉及在张力下将预浸渍有可固化树脂的纤维材料缠绕到转子本体上，并固化树脂以形成将纤维材料保持就位的复合材料套筒的解决方案，专利技术人识别了两个主要问题：
[0013]第一个是由于套筒施加到磁体的压缩力低于预期，磁体从转子表面剥离。这对使用转子的发电机的电磁性能有害。
[0014]第二个是在操作期间可能会出现套筒外层的意外失效，这导致转子最大运行速度降低。
[0015]不希望受理论束缚，专利技术人认为这两个问题都是由于在套筒的缠绕和固化期间紧密缠绕的外层对内层的压缩导致内层中的纤维径向向内移动，从而降低所得固化套筒的内层的预应力。这种降低的预应力降低了套筒施加到转子上磁体的压缩力，从而增加了运行期间磁体从转子表面剥离的风险。内层中预应力的降低还可能导致由内层承受的套筒的总保持力份额的减少。这种对内层的利用不足导致外层的负载增加，从而导致外层可能失效，并且不久之后，整个套筒也可能失效。
[0016]通过根据被缠绕层的径向位置改变受控张力，可以微调该层的固化套筒中产生的预应力，以确保在整个套筒厚度上的工作应力和安全系数更加一致。
[0017]在缠绕步骤期间改变受控张力使得受控张力随着被缠绕层的径向位置的增加而减小，能够减少外层对内层的压缩，从而与可能是恒定受控张力的情况相比，在内层中保持更高的预应力水平。这可以通过套筒的厚度减少应力和安全系数的变化，导致更均匀地利用套筒的所有层并且对于由套筒提供给转子的给定压缩量提高整体强度。
[0018]替代地或另外地，受控张力可以在缠绕步骤期间变化，使得施加到缠绕的丝束的至少一层径向最内层的受控张力低于施加到缠绕的丝束的至少一层径向外层的受控张力。在转子的外表面由应力集中特征限定的情况下，这可能是有益的，比如相邻磁体之间或磁体与间隔件之间的连结，否则这可能导致在紧密预应力的最内层上的局部应力增加。通过减少最内层的受控张力，这些层产生的预应力也减少了，从而允许应力集中更容易被这些层吸收并围绕套筒的周缘扩散。
[0019]在缠绕步骤期间可以改变受控张力，使得随着被缠绕的层的径向位置增加，受控张力逐渐增加。
[0020]转子本体可以至少部分地是中空的。转子本体具有的壁厚与外径之比可以大于1:3，较佳地从1:3到1:10，更较佳地从1:6到1:9，最较佳地从1:7到1:8。
[0021]缠绕和固化的步骤可以按顺序重复至少一次，以形成包括多个同心纤维增强复合
材料层的纤维增强复合材料套筒。这允许通过在缠绕期间根据期望改变每一级的受控张力，独立于其它级调节套筒的每个同心层或“级(stage)”中的预应力。当固化预张紧的纤维时，纤维可以在环氧树脂基质内移动。通过在多级中执行缠绕和固化过程，减少了纤维在每个径向内层内移动的量。这还可以提供具有更一致的结构特性的套筒。
[0022]较佳地，每个同心层由缠绕和固化的丝束级形成，每一级包括多个缠绕的丝束层，其在随后的外部级的缠绕之前固化。
[0023]较佳地，纤维增强复合材料套筒包括由第一级缠绕和固化的丝束形成的第一同心层和由第二级缠绕和固化的丝束形成的第二同心层，其中第二同心层在第一同心层的径向外侧。
[0024]缠绕步骤可以包括改变在缠绕第一级的层期间施加的受控张力，使得第一级的层各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造用于飞行器发动机的发电机的转子的方法，所述方法包括：提供转子本体；将至少一个磁体安装在所述转子本体上；将包括细长纤维和可固化基质的丝束缠绕在所述转子本体和所述至少一个磁体周围以形成具有在径向方向上叠置的多个丝束层的缠绕的丝束；以及使所述缠绕的丝束固化以形成纤维增强复合材料套筒的至少一部分，所述纤维增强复合材料套筒构造成将所述至少一个磁体保持在所述转子本体上，其中，缠绕步骤包括在缠绕期间向所述丝束施加受控张力，并且其中，所述受控张力根据被缠绕层的径向位置而变化，使得施加到所述缠绕的丝束的至少一层径向内层的受控张力高于施加到所述缠绕的丝束的至少一层径向外层的受控张力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在缠绕步骤期间改变所述受控张力，使得随着被缠绕的层的径向位置增加，所述受控张力逐渐减小。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，在缠绕期间施加到所述丝束的所述受控张力横跨所述丝束的宽度是恒定的。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述转子本体至少部分地是中空的。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述转子本体具有从1:3到1:10、较佳地从1:6到1:9、更佳地从1:7到1:8的壁厚与外径比。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，缠绕和固化的步骤按顺序重复至少一次，以形成包括多个同心纤维增强复合材料层的纤维增强复合材料套筒。7.根据权利要求6所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：赛峰电气与电源公司，
类型：发明
国别省市：