德國工藝碳纖維超高速CFRP轉(zhuǎn)子護(hù)套??

-適用于表貼高速永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)

同步高速永磁電機(jī)具有功率密度大，體積小，效率高等特點(diǎn)，并被越來越多的應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速要求的眾多領(lǐng)域。為了

有效的保證高速電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體（磁鋼）在高速條件下安全正常的工作，需要使用合理的方式將其固定。根據(jù)多年

的實(shí)際應(yīng)用，使用碳纖維復(fù)合材料，通過合理的計(jì)算和工藝設(shè)計(jì)，是比較理想的一種解決方法。? ? ? ? ??

碳纖維復(fù)合材料的抗拉伸強(qiáng)度以及剛度是常規(guī)金屬材料(如鋼、鋁、鈦等)的3至5倍；同時碳纖維復(fù)合材料在其彈性

范圍內(nèi)的允許應(yīng)變量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大多數(shù)金屬材料。下圖比較了碳纖維材料與其他幾種材料的強(qiáng)度性能曲線：

對于電機(jī)轉(zhuǎn)子，可設(shè)計(jì)采用將磁鋼(永磁體)固定在轉(zhuǎn)子外表面，通常會用兩種安裝方式：一種是常見的磁鋼嵌入式，或?qū)⒋配撌褂谜澈蟿┎牧腺N附于轉(zhuǎn)子外表面；然而，無論采用以上的何種方式，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下，磁鋼都有極大的風(fēng)險(xiǎn)被甩出；因此，這也限制了采用此種工藝方案的電機(jī)不能達(dá)到理想高轉(zhuǎn)速。另一方面，使用以上方法的轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)動狀態(tài)下，即便磁鋼沒有被完全甩出，但高離心力作用下出現(xiàn)的極小的位移，都可能破壞整個轉(zhuǎn)子的動平衡，造成重大的電機(jī)失效甚至產(chǎn)生危險(xiǎn)。

而使用碳纖維轉(zhuǎn)子套筒可有效解決相關(guān)難題：使用碳纖維套筒包裹磁鋼，并施加精準(zhǔn)的預(yù)緊力將套筒和磁鋼包覆于轉(zhuǎn)子表面，這樣可以安全有效的保證轉(zhuǎn)子在高速情況下安全穩(wěn)定的工作。

原則上，也可以使用金屬材料來包裹磁鋼，但由于金屬材料本身的特性，當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁場時，在金屬材料表面會產(chǎn)生渦流損耗，而削弱電機(jī)的功率，并產(chǎn)生額外的熱量，從而使轉(zhuǎn)子溫度額外升高，造成疊加損耗，或?yàn)榇诉€需要單獨(dú)配備冷卻系統(tǒng)來進(jìn)行降溫。另外也可使用非磁性金屬材料來包裹磁鋼，但此類材料的成本較高，相比于碳纖維材料并無任何優(yōu)勢。

此外對于一些更加苛刻的應(yīng)用，通過對碳纖維材料不同方式的復(fù)合，可以達(dá)到最便捷的工藝加工方式，這也是使用其他材料進(jìn)行加工無法達(dá)到的。

以下是碳纖維轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)方案所需要的參數(shù)信息：

• 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)子的最高、額定轉(zhuǎn)速

• 磁鋼的結(jié)構(gòu)尺寸與密度

• 定轉(zhuǎn)子的氣隙

• 電機(jī)工作的溫度等

一般情況下，根據(jù)以上參數(shù)，可以幫助我們更好的進(jìn)行碳纖維套筒的設(shè)計(jì)。碳纖維套筒的厚度必須與磁鋼和線圈之間的氣隙相匹配，碳纖維套筒的內(nèi)徑比磁鋼的外徑要小，這樣才能產(chǎn)生足夠的預(yù)緊力，從而保護(hù)磁鋼不被離心力甩出。

對于特殊情況需要承受更大載荷的碳纖維套筒來說，我們通過多年經(jīng)驗(yàn)，會在其表面加裝防護(hù)層，目的是為了對碳纖維套筒的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，比如在裝配過程中由于磕碰而造成的損壞，有可能破壞整個碳纖維套筒的應(yīng)力分布。

我們不建議客戶后期對碳纖維套筒進(jìn)行再加工，因?yàn)榧庸?dǎo)致在碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部的應(yīng)力遭到破壞，從而使碳纖維分離，最終致使整個碳纖維套結(jié)構(gòu)失效。

在歐洲我們已有多年關(guān)于碳纖維復(fù)合材料、高速精密旋轉(zhuǎn)應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，并為高端客戶如高速電機(jī)、高速離心分子泵、核反應(yīng)設(shè)備等制造商提供相關(guān)的技術(shù)解決方案與量產(chǎn)化產(chǎn)品。愿我們的服務(wù)能夠?yàn)槟漠a(chǎn)品帶來增值，這是我們一直的期盼。