电机转子套筒制造技术

本发明专利技术提供了一种电机转子套筒。一种电机包括定子（50）、在该定子的径向内侧并且包括多个表面永磁体（44）的转子（29）以及围绕该转子的转子套筒（46）。该转子套筒包括多个纤维增强的基质材料（56、60）层。该转子套筒将转子套筒半径与径向厚度的比率（r:t）限定在20和40之间，并且该电机具有大于15000 RPM的最大转子旋转速度。旋转速度。旋转速度。

【技术实现步骤摘要】
电机转子套筒
[0001]本公开涉及用于电机的转子套筒、包括转子套筒的转子、包括转子的电机。本专利技术提供了一种混合电动推进系统和具有电机的飞行器。
[0002]永磁电机是已知的，其中提供包括一个或多个永磁体的转子以相对于包括电绕组的定子旋转。
[0003]通常，转子包括磁体结合到其上的径向内部转子芯/轴。鉴于通常使用的不相容材料以及用于径向向外驱动磁体的高离心力，将永磁体牢固地附连到内芯是困难的。鉴于此类机器遇到的大转子直径和较高旋转速度，此类离心力在高功率电机的情况下可能特别高。
[0004]该问题对于飞行器上使用的电机而言特别严重。此类机器必须具有高功率密度，并且因此必须高速旋转。另外，除机器本身失效时固有的安全问题之外，一个或多个永磁体的释放可表示由于高速碎屑而产生的严重安全问题。
[0005]常规地，此类机器包括转子套筒(也称为转子“绑带”)，该转子套筒围绕转子以容纳永磁体。该绑带必须位于转子和定子之间的气隙中。因此，在安装这种绑带的情况下，转子和定子之间的距离增大，从而导致机器功率密度减小。因此，希望减小该转子绑带的厚度。也可能遇到现有技术绑带系统的其他问题，诸如成本、安装困难、重量和强度。
[0006]根据第一方面，提供了一种电机，该电机包括：
[0007]定子；
[0008]转子，该转子在定子的径向内侧并且包括多个表面永磁体；
[0009]转子套筒，该转子套筒围绕转子，该转子套筒包括：
[0010]多个纤维增强的基质材料层；其中
[0011]所述转子套筒将转子套筒半径与径向厚度的比率限定在20和40之间；并且
[0012]其中
[0013]所述电机具有大于15000RPM的最大转子旋转速度。
[0014]已经发现的是，通过提供具有高转子套筒半径与径向厚度比率的转子套筒，可以在转子和定子之间实现相对小的气隙。这种小的气隙继而导致高速电机中的高功率密度，这继而导致重量减轻。这可通过使用包括多个纤维增强的基质材料层的转子套筒来实现。
[0015]该多个纤维增强的基质材料层可包括多个碳纤维增强的聚合物层，每个层包括相对于旋转轴线基本上取向成90
°
的纤维。
[0016]该转子套筒可包括至少一个纤维层，该至少一个纤维层的弹性模量低于该碳纤维层的弹性模量，并且设置在碳纤维增强的聚合物层之间。
[0017]该较低弹性模量纤维可相对于旋转轴线取向在50
°
和75
°
之间。
[0018]每个碳纤维增强的聚合物层的碳纤维可相对于旋转轴线取向在89
°
和90
°
之间。
[0019]一个或多个碳纤维增强的聚合物层的碳纤维可相对于旋转轴线取向在89.2
°
和89.9
°
之间。在一个实施方案中，一个或多个碳纤维增强的聚合物层的碳纤维可相对于旋转轴线取向成大约89.5
°
。
[0020]一个或多个碳纤维增强的聚合物层可限定不超过2mm的径向厚度，并且可限定介
于1mm和2mm之间的径向厚度。已发现，大于2mm的厚度可导致横向强度的损失。
[0021]套筒可包括5％至20％的低弹性模量纤维增强的复合材料。这种低弹性模量纤维的量允许大部分复合纤维包含碳纤维，从而产生高强度，同时提供足够的轴向强度以防止失效。
[0022]低弹性模量纤维可相对于旋转轴线取向成大约60
°
。
[0023]该套筒可包括在每对碳纤维增强的塑料层之间的第一低弹性模量纤维层和第二低弹性模量纤维层，其中第一低弹性模量纤维层的纤维相对于旋转轴线沿顺时针方向取向为50
°
至75
°
，而第二低弹性模量纤维层的纤维相对于旋转轴线沿逆时针方向取向为50
°
至75
°
。
[0024]第一低弹性模量纤维层的纤维可相对于旋转轴线沿顺时针方向取向成大约60
°
，而第二低弹性模量纤维层的纤维可相对于旋转轴线沿逆时针方向取向成大约60
°
。
[0025]该低弹性模量纤维可包括玻璃纤维、芳族聚酰胺、超高分子量聚乙烯(诸如Dyneema
TM
)和聚(对亚苯基
‑
2,6
‑
苯并二噁唑)(PBO)中的任一种。
[0026]低弹性模量纤维可设置在基质材料诸如环氧树脂、氰酸酯或酚醛树脂内。
[0027]该低弹性模量纤维可包括玻璃纤维、芳族聚酰胺、PBO、E
‑
玻璃、S
‑
玻璃、尼龙或Dyneema中的任一种，或这些材料中的一种或多种的混合物。
[0028]该转子套筒可包括纤维增强的基质材料内层，该纤维增强的基质材料内层设置在纤维增强的基质材料外层的径向内侧，该内层包含第一纤维材料，该第一纤维材料的弹性模量低于该外层的纤维材料的弹性模量。
[0029]该纤维增强的基质材料内层和/或外层可包括预加应力的纤维。
[0030]外层的纤维可被预加应力至大于1000MPa的应力，并且可被加应力至介于500MPA和1500MPA之间的应力。
[0031]该纤维增强的基质材料层可以包括基质材料诸如环氧树脂、氰酸酯或酚醛树脂。
[0032]该纤维增强的基质材料内层可包括玻璃纤维、芳族聚酰胺、PBO、E
‑
玻璃、S
‑
玻璃、尼龙或Dyneema中的任一种，或这些材料中的一种或多种的混合物。
[0033]当安装时，该内层可相对于电机转子的旋转轴线具有大约+45
°
和
‑
45
°
的交替铺层角。
[0034]该内层可具有介于0.1mm和1mm之间的径向厚度，并且能够具有大约0.5mm的径向厚度。
[0035]该外层可包含碳纤维或陶瓷纤维。
[0036]当安装时，该外层可相对于电机转子的旋转轴线具有大约90
°
的铺层角。
[0037]该电机可被配置为作为发电机和马达中的一者或两者来运行。
[0038]根据第二方面，提供了一种飞行器推进系统，包括：根据第一方面的电机。
[0039]本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征如作适当变动，可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征组合。
[0040]现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：
[0041]图1是包括并行混合推进系统的第一飞行器的平面图；
[0042]图2是用于图1的飞行器的并行混合推进系统的示意图；
[0043]图3是适用于图2的推进系统的电机的示意性剖视图；
[0044]图4是图3的电机的转子套筒的剖视图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电机，包括：定子；转子，所述转子在所述定子的径向内侧并且包括多个表面永磁体；转子套筒，所述转子套筒围绕所述转子，所述转子套筒包括：多个纤维增强的基质材料层；其中所述转子套筒将转子套筒半径与径向厚度的比率限定在20和40之间；并且其中所述电机具有大于15000RPM的最大转子旋转速度。2.根据权利要求1所述的转子套筒，其中多个卷绕长丝层包括多个碳纤维增强的聚合物层，每个层包括相对于所述旋转轴线基本上取向成90
°
的纤维。3.根据权利要求2所述的转子套筒，其中所述转子套筒包括至少一个纤维层，所述至少一个纤维层的弹性模量低于所述碳纤维层的弹性模量，并且设置在所述碳纤维增强的聚合物层之间。4.根据权利要求3所述的转子套筒，其中所述较低弹性模量纤维相对于所述旋转轴线取向在50
°
和75
°
之间。5.根据权利要求2所述的转子套筒，其中每个碳纤维增强的聚合物层的所述碳纤维相对于所述旋转轴线取向在89
°
和90
°
之间，并且能够相对于所述旋转轴线取向在89.2
°
和89.9
°
之间。6.根据权利要求2所述的转子套筒，其中一个或多个碳纤维增强的聚合物层限定不超过2mm的径向厚度，并且能够限定介于1mm和2mm之间的径向厚度。7.根据权利要求3所述的转子套筒，所述套筒包括介于5％和20％之间的低弹性模量纤维增强的复合材料。8.根据权利要求3所述的转子套筒，其中所述套筒包括在每对碳纤维增强的塑料层之间的第一低弹性模量纤维层和第二低弹性模量纤维层，其中所述第一低弹性模量纤维层的纤维相对于所述旋转轴线沿顺时针方向取向为50
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：罗尔斯，
类型：发明
国别省市：