一種用於永磁電機轉子碳纖維捆綁的方法與流程
2023-10-25 18:28:47 2
本發明涉及永磁電機技術領域，特別涉及一種用於永磁電機轉子碳纖維捆綁的方法。
背景技術：
隨著國內電動汽車行業的快速發展，作為關鍵零部件之一的驅動電機也作為一個單獨的行業快速發展。目前用於乘用車驅動的電機主要以永磁同步電機為主，國內主流整機廠家，如北汽、比亞迪、眾泰等整車廠家電機都採用的是永磁同步電機。
永磁電機的轉子根據磁鋼的安裝方式可分為「內嵌式」和「表貼式」兩種，其中各有優缺點，其主要對比如表1所示。
表1
由於驅動電機的轉速均設計得較高，因此目前國內的驅動永磁電機主要採用內嵌式的永磁電機居多，表貼式的永磁電機轉子磁鋼粘貼於轉子表面。當電機轉速提高後，轉子磁鋼粘接的機械強度不夠，而因離心力容易脫落，因此表貼式永磁電機很少在電動汽車驅動電機內採用。
下面參考圖2和圖3分別對內嵌式磁鋼和表貼式磁鋼的布置進行說明。
如圖2所示，對於內嵌式磁鋼，鐵芯、隔磁橋和極楔為一體結構，即磁鋼是嵌入在這一體結構之中。當轉子沿轉軸旋轉時，磁鋼受到極楔和隔磁橋的束縛，不會因為離心力而發生脫落。
但是內嵌式磁鋼存在以下問題：內嵌式磁鋼隔磁橋的存在導致漏磁產生，並且由於磁鋼的磁力存在，在插入槽內時會存在很大的斥力，很難安裝。
如圖3所示，在表貼式結構的磁鋼中，磁鋼主要靠磁鋼本身的磁力和磁鋼與鐵芯之間膠水的粘貼力形成一體，在低速電機中，這種結構是可靠的，因此在低速電機中應用較多。但在電動汽車驅動電機中，其轉速達到6000rpm、甚至10000rpm及以上時，其轉子上的磁鋼離心力就必須得考慮了。由於磁鋼的外圍不能用導磁材料進行固定，而且由於磁鋼外沿並不是規整的圓，因此該磁鋼的固定就成為設計高速表貼式永磁電機的難題。
如何設計一種可以應用在電動汽車驅動電機的表貼式永磁電機，對磁鋼進行固定克服高速表貼式永磁電機的難題，是當前電動汽車領域需要解決的一個技術問題。
技術實現要素：
本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。
為此，本發明的目的在於提出一種用於永磁電機轉子碳纖維捆綁的方法，可以增加轉子磁鋼的機械可靠性，防止電機高速旋轉時轉子磁鋼脫。
為了實現上述目的，本發明的實施例提供一種用於永磁電機轉子碳纖維捆綁的方法，包括如下步驟：
步驟S1，獲取永磁電機轉子的最高轉速、外徑和預設裕度，計算需要捆綁的碳纖維厚度和捆綁層數；
步驟S2，根據所述步驟S1計算出的碳纖維厚度和捆綁層數準備碳纖維材料，並採用碳纖維材料捆綁轉子表面的表貼磁鋼，以將磁鋼與轉子鐵芯形成一體；
步驟S3，將碳纖維漲緊後圍繞轉子磁鋼表面一圈後，再壓緊碳纖維起頭；
步驟S4，利用綁紮機械設備，控制碳纖維自行纏繞在轉子磁鋼表面；
步驟S5，在根據步驟S1計算出的捆綁層數，完成纏繞後，將轉子整體放入烘箱內進行固化，固化完成後，即結束整個碳纖維捆綁過程。
進一步，在所述步驟S1中，根據獲取的永磁電機轉子的最高轉速和外徑，計算所述永磁電機的轉子磁鋼的最大離心力，並根據所述最大離心力和預設裕度，計算所述需要捆綁的碳纖維厚度和捆綁層數。
進一步，在所述步驟S2中，將碳纖維的一端固定在轉子磁鋼外側的端部，碳纖維的綑紮起頭處採用膠水固定粘貼在磁鋼外側的端部。
進一步，在所述步驟S4中，將轉子置於轉動機械設備或專用的碳纖維綁紮機械設備上，旋轉轉子，控制碳纖維自行纏繞轉子磁鋼表面。
進一步，從轉子的頭端纏繞到尾端一次計為纏繞一層。
進一步，在所述步驟S4中，纏繞過程中，在碳纖維與磁鋼、碳纖維每層間刷環氧膠。
進一步，在所述步驟S5中，固化過程中的固化溫度不超過磁鋼的去磁溫度。
進一步，所述固化溫度不高於90攝氏度。
根據本發明實施例的用於永磁電機轉子碳纖維捆綁的方法，具有以下優點：
1)增加轉子磁鋼的機械可靠性，防止電機高速旋轉時轉子磁鋼脫落；
2)通過碳纖維捆綁後，電機轉子進行表貼磁鋼設計，可以增加磁鋼的布置空間，增加磁鋼的磁通面積，可提高電機的功率密度；
3)通過表貼磁鋼設計，減少了內嵌式永磁電機的隔磁橋，減少了漏磁(因為隔磁橋是連接極楔和轉子鐵芯的機械結構件，一般在轉子衝片中一體衝出，所以隔磁橋材料和轉子鐵芯、極楔都為導磁材料，而隔磁橋正好處於漏磁磁路中)，提高了磁鋼的利用效率；
4)通過選擇碳纖維進行綑紮，不會顯著增加轉子自身的重量，碳纖維本身的機械強度高，磁鋼的固定效果好；
5)碳纖維為不導磁材料，在磁鋼的外表不會形成漏磁磁路；
6)碳纖維為柔性材料，對於轉子外沿不規則時，能很好的進行填充和固定。
本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1為根據本發明實施例的用於永磁電機轉子碳纖維捆綁的方法的流程圖；
圖2為根據本發明實施例的內嵌式磁鋼布置示意圖；
圖3為根據本發明實施例的表貼式磁鋼布置示意圖；
圖4為根據本發明實施例的碳纖維綑紮示意圖；
圖5為根據本發明實施例的碳纖維起頭的示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
本發明實施例提供一種用於永磁電機轉子碳纖維綑紮的方法，可以實現對表貼式永磁電機磁鋼固定，即採用碳纖維來綁紮電機轉子表面的磁鋼，使得磁鋼與轉子鐵芯成為一體。
下面結合圖1至圖5對本發明實施例的用於永磁電機轉子碳纖維綑紮的方法。
如圖1所示，本發明實施例的用於永磁電機轉子碳纖維捆綁的方法，包括如下步驟：
步驟S1，獲取永磁電機轉子的最高轉速、外徑和預設裕度，計算需要捆綁的碳纖維厚度和捆綁層數。
需要說明的是，本發明的永磁電機採用的是表貼式磁鋼，這種磁鋼結構可以增加磁鋼的布置空間(即磁鋼的寬度)、減少漏磁、簡化安裝工藝。
具體地，根據獲取的永磁電機轉子的最高轉速和外徑，計算所述永磁電機的轉子磁鋼的最大離心力，然後根據所述最大離心力和預設裕度，計算所述需要捆綁的碳纖維厚度和捆綁層數。
步驟S2，根據所述步驟S1計算出的碳纖維厚度和捆綁層數準備碳纖維材料，並採用碳纖維材料捆綁轉子表面的表貼磁鋼，以將磁鋼與轉子鐵芯形成一體。
需要說明的是，碳纖維具備以下幾個優點：
①、強度高，捆綁後不易斷裂；
②、質量相對金屬材料輕、捆綁後不會顯著增加轉子自身重量；
③、材料不導磁；
④、柔性材料，適合捆綁外沿不規則的物體。
需要說明的是，本發明也可以採用其他類似碳纖維的材料代替，例如，採用無緯帶代替碳纖維進行捆綁。
針對於表貼式轉子磁鋼的特點及碳纖維材料的特性，選用碳纖維材料來捆綁轉子表面的表貼磁鋼，可以很好的解決了高速電機的表貼磁鋼脫落問題。使用該技術可以增加磁鋼的布置空間，降低漏磁，提高電機的氣隙磁密，使永磁電機的功率密度更高，體積更小，更適合汽車電機的選擇。
在本步驟中，參考圖4和圖5，將碳纖維的一端固定在轉子磁鋼外側的端部，碳纖維的綑紮起頭處採用膠水固定粘貼在磁鋼外側的端部。
步驟S3，將碳纖維漲緊後圍繞轉子磁鋼表面一圈後，再壓緊碳纖維起頭。
步驟S4，利用綁紮機械設備，控制碳纖維自行纏繞在轉子磁鋼表面。
具體地，將轉子置於轉動機械設備或專用的碳纖維綁紮機械設備上，旋轉轉子，控制碳纖維自行纏繞轉子磁鋼表面。需要注意的是，在纏繞過程中，碳纖維一定要保持漲緊狀態。其中，從轉子的頭端纏繞到尾端一次計為纏繞一層。
在本發明的一個實施例中，纏繞過程中，在碳纖維與磁鋼、碳纖維每層間刷環氧膠。
步驟S5，在根據步驟S1計算出的捆綁層數，完成纏繞後，將轉子整體放入烘箱內進行固化，固化完成後，即結束整個碳纖維捆綁過程。
在本步驟中，固化過程中的固化溫度不超過磁鋼的去磁溫度。優選的，固化溫度不高於90攝氏度。固化完成後，本綑紮工藝即完成。
本發明實施例提供的用於永磁電機轉子碳纖維捆綁的方法，可以應用於電動汽車驅動電機中，即使在驅動電機轉速達到6000rpm、甚至10000rpm及以上時，由於磁鋼被碳纖維材料捆綁固定，不會出現磁鋼脫落的問題。
根據本發明實施例的用於永磁電機轉子碳纖維捆綁的方法，具有以下優點：
1)增加轉子磁鋼的機械可靠性，防止電機高速旋轉時轉子磁鋼脫落；
2)通過碳纖維捆綁後，電機轉子進行表貼磁鋼設計，可以增加磁鋼的布置空間，增加磁鋼的磁通面積，可提高電機的功率密度；
3)通過表貼磁鋼設計，減少了內嵌式永磁電機的隔磁橋，減少了漏磁(因為隔磁橋是連接極楔和轉子鐵芯的機械結構件，一般在轉子衝片中一體衝出，所以隔磁橋材料和轉子鐵芯、極楔都為導磁材料，而隔磁橋正好處於漏磁磁路中)，提高了磁鋼的利用效率；
4)通過選擇碳纖維進行綑紮，不會顯著增加轉子自身的重量，碳纖維本身的機械強度高，磁鋼的固定效果好；
5)碳纖維為不導磁材料，在磁鋼的外表不會形成漏磁磁路；
6)碳纖維為柔性材料，對於轉子外沿不規則時，能很好的進行填充和固定。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。本發明的範圍由所附權利要求及其等同限定。