[发明专利]电机转子套筒

说明书

本发明提供了一种电机转子套筒。该用于电机（28）的转子（29）的转子套筒（46）包括：多个碳纤维增强的聚合物层（66a、66b），每个层（66a、66b）包括相对于旋转轴线（X）基本上取向成90°的纤维（68）；以及具有较低弹性模量的至少一个纤维（74）层（72a），该至少一个纤维层设置在碳纤维增强的聚合物层（66a、66b）之间。该较低弹性模量纤维（74）相对于旋转轴线（X）取向在50°和75°之间。

本公开涉及一种用于电机的转子套筒。本公开还涉及具有转子套筒的机器，以及具有电机的混合电动推进系统和飞行器。

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。

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。鉴于使用中的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。

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。

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。

已知由高强度金属(诸如钢)或复合材料(诸如碳纤维增强塑料(CFRP))形成转子套筒。形成此类套筒的一种方法是将基质浸渍的碳纤维卷绕到芯轴上。这种工艺被称为“卷绕成型法”。常规地，此类纤维将以垂直于所得套筒的轴向方向的取向卷绕在芯轴周围。然后可通过溶解移除芯轴，或者可保留芯轴以成为复合部件的一部分。

然而，已发现此类套筒易于在轴向方向上“分裂”，从而产生单独的环而不是单个管状套筒。此类故障可导致永磁体的密封故障，从而导致电机故障。

用于改善该问题的现有技术提议是将垂直卷绕的碳纤维层与轴向卷绕的玻璃纤维层进行插置。在Jerome T.Tzeng的标题为“Composite Energy Storage FlywheelDesign for Fatigue Crack Resistance”的公布中提出了此提议，该公布公开于2008年第14届有关电磁实验技术的研讨会中。

然而，发明人已经发现，此类插置的层仍然经历故障，因此需要改进的电机套筒。

根据第一方面，提供了一种用于电机的转子的转子套筒，该转子套筒限定旋转轴线并且包括：

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；

至少一个具有较低弹性模量的纤维层，该至少一个具有较低弹性模量的纤维层设置在碳纤维增强聚合物层之间，其中该较低弹性模量的纤维相对于旋转轴线取向在50°和75°之间。

已经发现的是，通过在碳纤维层之间设置以指定角度设置的低弹性模量纤维层，转子套筒故障显著减少。

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。已经发现的是，使纤维在该角度范围内取向导致纤维的拉伸强度改善。

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°。

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。