CN116231906A - 转子组件和转子组件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转子组件和转子组件的制作方法，转子组件包括转子(10)和缠绕在所述转子(10)的外周的碳纤维层(20)，所述碳纤维层(20)包括碳纤维和附着于所述碳纤维的树脂，所述转子组件还包括包围所述碳纤维层(20)的、经过热缩变形的热缩管(30)，或者所述碳纤维层(20)的固化过程是在所述碳纤维层(20)被热缩管(30)包裹的状态下进行的。根据本申请的转子组件结构简单、碳纤维层附着效果好。

Description

转子组件和转子组件的制作方法

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种电机的转子组件和转子组件的制作方法。

背景技术

永磁电机的转子内部或表面设有永磁体，随着电机转速的提高，离心力对转子所包含的部件，例如永磁体，的影响越来越不可忽视。

一种保护电机转子的方法是在转子外周包裹碳纤维材料，形成一层碳纤维包裹层。碳纤维材料具有质量轻、机械强度高的优点，因此所形成的碳纤维包裹层能在几乎不增加转子质量的基础上，对转子形成很好的保护效果。

碳纤维可以以单根丝的形式缠绕到转子表面(以下简称丝状缠绕)，也可以以碳纤维预浸料布的形式成片地缠绕到转子表面(以下简称片状缠绕)。

为了使碳纤维在转子表面得到固定，通常使用树脂来对碳纤维进行固化。根据缠绕过程中固化工艺的不同，又可以将缠绕工艺分为湿法缠绕和干法缠绕。湿法缠绕是在缠绕过程中，在碳纤维上加液态的树脂，缠绕完成后整体进行固化。干法缠绕是使用碳纤维预浸料(预浸丝或预浸布)，预浸料上附着有固态的树脂，缠绕过程中对预浸料加热，使树脂软化；之后再对缠绕有碳纤维的转子进行整体固化。

上述不论是丝状缠绕还是片状缠绕，不论是湿法缠绕还是干法缠绕，在缠绕完碳纤维之后进行固化的操作中，可能会发生树脂从转子表面滴落，或者树脂软化后在转子表面分布不均匀，导致固化后的转子表面不平整，固化效果不好。

发明内容

本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种结构简单、碳纤维层附着效果好的转子组件及其制作方法。

根据本发明的第一方面，提供一种转子组件，包括转子和缠绕在所述转子的外周的碳纤维层，所述碳纤维层包括碳纤维和附着于所述碳纤维的树5脂，其中，

所述转子组件还包括包围所述碳纤维层的、经过热缩变形的热缩管，或者

所述碳纤维层的固化过程是在所述碳纤维层被热缩管包裹的状态下进行的。

0在至少一个实施方式中，在所述转子的轴向上，所述热缩管的两端均超

出所述碳纤维层。

在至少一个实施方式中，在所述转子的轴向上，所述热缩管的两端均超出所述转子而在所述转子的端面的边缘形成包边。

在至少一个实施方式中，所述热缩管的制作材料选自以下材料中的至少5一者：聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚氯乙烯、高压聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、三元乙丙橡胶、聚全氟丁二烯和硅胶。

根据本发明的第二方面，提供一种转子组件的制作方法，所述方法包括：

S1，提供缠绕有碳纤维层的转子，作为第一组件坯；

S2，在所述第一组件坯的外周套设热缩管，得到第二组件坯；0S3，加热所述第二组件坯，使所述热缩管收缩，得到第三组件坯；

S4，加热所述第三组件坯，使所述碳纤维层所包含的树脂发生固化反应。

在至少一个实施方式中，在所述“加热所述第二组件坯，使所述热缩管收缩”的过程中，所述第二组件坯绕所述转子的轴线转动。

在至少一个实施方式中，在所述“加热所述第二组件坯，使所述热缩管5收缩”的过程中的至少部分阶段，加热装置沿所述转子的轴向移动。

在至少一个实施方式中，所述加热装置包括第一加热头和第二加热头，在所述加热装置沿所述转子的轴向移动的过程中，所述第一加热头和所述第二加热头始终是同步地、反向地运动。

在至少一个实施方式中，所述“S3，加热所述第二组件坯，使所述热缩管收缩，得到第三组件坯”依次包括：

S31，起始段加热，将所述热缩管在轴向上的一个区域作为起始段，使所述起始段先发生热缩；和

S32，有向加热，在所述轴向上，以所述起始段为起点，向所述热缩管的未发生热缩的轴向端部单向移动地加热所述热缩管。

在至少一个实施方式中，所述起始段位于所述热缩管的轴向中部，

所述有向加热的区段有两个，分别是从所述热缩管的轴向中部指向所述热缩管的两个端部。

在至少一个实施方式中，所述制作方法还包括：

S5，在所述树脂固化完成后，去除所述热缩管。

根据本发明的转子组件中的碳纤维层的树脂固化效果好，碳纤维层表面平整且缠绕紧致。

根据本发明的转子组件制作工艺简单，且制作成本低。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的转子组件的示意图。

图2是根据本发明的一个实施方式的转子组件的沿轴向剖开的示意图。

图3是根据本发明的一个实施方式的转子组件在制作过程中的示意图。

图4是根据本发明的另一个实施方式的转子组件的示意图。

图5至图7是根据本发明的一个实施方式的转子组件在制作过程中的示意图。

图8是根据本发明的一个实施方式的转子组件在另一种制作方法中的加工方法示意图。

附图标记说明：

M转子组件；M1第一组件坯；M2第二组件坯；M3第三组件坯；

10转子；20碳纤维层；30热缩管；

H加热装置；H1第一加热头；H2第二加热头；

A轴向；C周向；A1第一端部；A2第二端部。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

参照图1至图8，介绍根据本申请的转子组件及其制作方法。

除非特别说明，参照图1和图2，A表示转子组件的轴向，该轴向A与转子组件中的转子10的轴向一致，C表示转子组件的周向，该周向C与转子组件中的转子10的周向一致。

(转子组件)

参照图1至图4，介绍根据本申请的转子组件M。

首先参照图1和图2，转子组件M包括转子10、碳纤维层20和热缩管30。碳纤维层20包裹在转子10的外周。热缩管30套设在碳纤维层20的外周，并经过热缩变形而紧密地包裹住碳纤维层20。

碳纤维层20可以是由单根丝状的碳纤维缠绕形成的，也可以是由片状的碳纤维预浸料布包裹而形成的。本申请对碳纤维的缠绕工艺不作限定，例如，在使用单根碳纤维丝缠绕的情况下，缠绕方式可以是干法缠绕，也可以是湿法缠绕；在使用片状的碳纤维预浸料布的情况下，缠绕方式通常是干法缠绕。

热缩管30的制作材料例如为：聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚氯乙烯、高压聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、三元乙丙橡胶、聚全氟丁二烯和硅胶等。上述材料可以选其中一种也可以选多种混合。

可选地，在轴向A上，热缩管30在轴向两端均超出碳纤维层20，从而将碳纤维层20完全包裹。

可选地，参照图3和图4，在另一个可能的实施方式中，在热缩变形前，热缩管30在轴向两端均超出转子10的两个端面。于是，在热缩变形后，热缩管30会部分地包围住转子10的端面的边缘而形成包边31。

上述两种可能的结构的转子组件M在固化完成的情况下，可以作为成品而直接参与和电机定子的组装；也可以作为中间产品，在去除热缩管30之后，再参与和电机定子的组装。

(转子组件的制作方法)

接下来，参照图5至图8，介绍转子组件M的制作方法。通过该制作方法的介绍，热缩管30的作用将容易被理解。

转子组件M的制作包括以下步骤：

步骤S1，在转子10的外周缠绕碳纤维层20，得到第一组件坯M1。

其中，碳纤维层20包括碳纤维和附着于碳纤维的树脂，根据缠绕工艺的不同，在该步骤S1中，树脂可能是液态的，也可能是固态的。

步骤S2，在第一组件坯M1的外周套设热缩管30，得到第二组件坯M2。

在该状态下，热缩管30未发生热缩，热缩管30的外径略大于碳纤维层20的外径。热缩管30的外径与碳纤维层20的外径的差值为d，该差值d的取值应适中。差值d过小会使得热缩管30的套设不容易执行，差值d过大又会使得热缩管30的热缩过程时间长、热缩的速度在各区域上不均匀，热缩完成后热缩管30表面不平整；并且，这可以保证收缩过程中树脂不会因为某区域收缩快、某区域收缩慢而发生不均匀地流动。此外，差值d小于热缩管30的可收缩尺寸。

可选地，差值d的取值为1mm～2mm。

步骤S3，加热第二组件坯M2，使热缩管初步收缩，得到第三组件坯M3。

步骤S3可以分为两个子步骤，步骤S31：起始段加热，和步骤S32：有向加热。

具体地，步骤S31，起始段加热，使热缩管30的起始段区域首先发生热缩而环抱住转子10，从而热缩管30在起始段处与转子10形成了轴向A上的固定。

本实施方式中将热缩管30在轴向A上的中间区域作为起始段，因此首先对热缩管30的轴向中部区域进行加热。

本实施方式中，使用加热装置H对热缩管30进行加热。在起始段加热过程中，加热装置H运动至热缩管30的轴向中部(加热装置H在径向上离热缩管30非常近但不接触热缩管30)，接着加热装置H保持不动，而转子10(或者说第二组件坯M2)转动，从而热缩管30的整个周向区域能得到加热。

该过程中，转子的转速例如为8-12RPM。大约在转子转过2-3圈之后，起始段加热完成，热缩管30的中部区域首先发生热缩而形成紧贴第一组件坯M1的环。

步骤S32，有向加热，使热缩管30的其它区域在轴向A上沿确定的方向逐渐发生热缩，最后整体紧贴转子10。

在本实施方式中，有向加热的方向是从轴向中部指向两个轴向端部(第一端部A1和第二端部A2)的方向。

在本实施方式中，参照图7，加热装置H包括第一加热头H1和第二加热头H2。在有向加热阶段，第二组件坯M2保持转动，第一加热头H1从热缩管30的轴向中部区域向热缩管30的第一端部A1匀速移动，第二加热头H2从热缩管30的轴向中部区域向热缩管30的第二端部A2匀速移动。

可选地，第一加热头H1和第二加热头H2沿轴向A的移动速度是10-20mm/s。

第一加热头H1和第二加热头H2同步地、反向地运动，使得热缩管30向两个轴向端部的热缩速度是大致相同的，很好地避免了由于热缩管30的热缩动作而造成热缩管30相对于转子10在轴向A上的移位。

此外，热缩管30从中间向两边热缩的过程，使热缩管内的空气(包括液态树脂内的气泡)以同样的方向被捋出热缩管30，使得热缩完成后，热缩管30内的空气含量降低，有助于后续的树脂固化。

在步骤S31和步骤S32中，可选地，加热装置H的加热温度T1为150-180℃。

步骤S4，固化。

将第三组件坯M3放入烘箱，按碳纤维上所附着的树脂的固化条件曲线进行固化温度设置。在本实施方式中，加热温度为120-180℃。由于烘箱中的温度分布相对是均匀的，因此在固化过程中，转子可以保持静止不转动。

在固化过程中，热缩管30可以发生进一步的热缩，这会使得热缩管30对碳纤维层20的包裹更紧密。

本发明至少具有以下优点中的一个优点：

(i)本申请在碳纤维层20的外周套设热缩管30，一方面使得固化过程中，树脂不会滴落；另一方面，热缩管30在转子的外周整体收缩，对固化过程中发生软化的树脂起到了很好的整平作用，使得固化完成后的转子整体表面平整。

(ii)在对热缩管30的初步收缩过程中，首先使热缩管30发生起始段收缩，环形的热缩段抱住第一转子坯M1，使得热缩管30相对于第一转子坯M1的轴向位置得到固定，不容易在后续热缩过程中发生位移。

(iii)热缩管的初步收缩过程还包括有向加热，尤其是对于两个加热头(第一加热头H1和第二加热头H2)同步从轴向中间向轴向两端运动的情况，一方面使得热缩管30的热缩在轴向上均匀，即使热缩过程中热缩管30与第一转子坯M1之间产生轴向的作用力，两边的作用力也会抵消，热缩管30不容易发生轴向位移；另一方面，这种从中部向两边有向收缩的过程可以将热缩管30内的空气(包括气泡)向两端的开口排出。

当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。例如：

(i)在步骤S31起始段加热过程中，起始段可以不是热缩管30的轴向中部区域，而是热缩管30的一个轴向端部；与之相应地，之后的步骤S32有向加热过程中，加热装置H可以只有一个加热头，加热装置H从轴向一端向轴向另一端运动。

(ii)在步骤S31中起始段仍选择热缩管30的轴向中部区域的前提下，加热装置H也可以只具有一个加热头；与之相应地，之后的步骤S32有向加热过程中，该加热头可以先从轴向中部向热缩管30的一个轴向端部移动，之后回到轴向中部，再向另一个轴向端部移动。

(iii)参照图8，加热装置H也可以呈环形并包围第二组件坯M2地设置。在这种情况下，加热装置H对热缩管30的加热是周向均匀的，因此在热缩过程中，转子也可以不转动。

(iv)为了使固化阶段的固化效果更好，热缩管30的内壁可以预先附着有树脂。该树脂优选为与碳纤维层20所包括的树脂相同的树脂。在热缩管30套设到第一转子坯M1之前，热缩管30的内壁所附着的树脂可以是固化后呈固态的形式，也可以是现场涂覆而呈液态的形式。

(v)根据产品的实际需要，在碳纤维层20的树脂完成固化后，热缩管30也可以被取下(例如以破坏热缩管30的方式)，从而得到不包括热缩管30的转子组件。

当然，热缩管30也可以保留在转子组件上。保留热缩管30的转子组件在经过-40℃-155℃冷热冲击400个周期、155℃下24000rpm超速实验后无开裂破损。

Claims (11)

1.一种转子组件，包括转子(10)和缠绕在所述转子(10)的外周的碳纤维层(20)，所述碳纤维层(20)包括碳纤维和附着于所述碳纤维的树脂，其特征在于，

所述转子组件还包括包围所述碳纤维层(20)的、经过热缩变形的热缩管(30)，或者

所述碳纤维层(20)的固化过程是在所述碳纤维层(20)被热缩管(30)包裹的状态下进行的。

2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，在所述转子(10)的轴向(A)上，所述热缩管(30)的两端均超出所述碳纤维层(20)。

3.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，在所述转子(10)的轴向(A)上，所述热缩管(30)的两端均超出所述转子(10)而在所述转子(10)的端面的边缘形成包边(31)。

4.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述热缩管(30)的制作材料选自以下材料中的至少一者：聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚氯乙烯、高压聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、三元乙丙橡胶、聚全氟丁二烯和硅胶。

5.一种转子组件的制作方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，提供缠绕有碳纤维层(20)的转子(10)，作为第一组件坯(M1)；

S2，在所述第一组件坯(M1)的外周套设热缩管(30)，得到第二组件坯(M2)；

S3，加热所述第二组件坯(M2)，使所述热缩管(30)收缩，得到第三组件坯(M3)；

S4，加热所述第三组件坯(M3)，使所述碳纤维层(20)所包含的树脂发生固化反应。

6.根据权利要求5所述的转子组件的制作方法，其特征在于，在所述“加热所述第二组件坯(M2)，使所述热缩管(30)收缩”的过程中，所述第二组件坯(M2)绕所述转子(10)的轴线转动。

7.根据权利要求5或6所述的转子组件的制作方法，其特征在于，在所述“加热所述第二组件坯(M2)，使所述热缩管(30)收缩”的过程中的至少部分阶段，加热装置(H)沿所述转子(10)的轴向移动。

8.根据权利要求7所述的转子组件的制作方法，其特征在于，所述加热装置(H)包括第一加热头(H1)和第二加热头(H2)，在所述加热装置(H)沿所述转子的轴向移动的过程中，所述第一加热头(H1)和所述第二加热头(H2)始终是同步地、反向地运动。

9.根据权利要求5或6所述的转子组件的制作方法，其特征在于，所述“S3，加热所述第二组件坯(M2)，使所述热缩管(30)收缩，得到第三组件坯(M3)”依次包括：

S31，起始段加热，将所述热缩管(30)在轴向(A)上的一个区域作为起始段，使所述起始段先发生热缩；和

S32，有向加热，在所述轴向(A)上，以所述起始段为起点，向所述热缩管(30)的未发生热缩的轴向端部单向移动地加热所述热缩管(30)。

10.根据权利要求9所述的转子组件的制作方法，其特征在于，所述起始段位于所述热缩管(30)的轴向中部，

所述有向加热的区段有两个，分别是从所述热缩管(30)的轴向中部指向所述热缩管(30)的两个端部。

11.根据权利要求5所述的转子组件的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：

S5，在所述树脂固化完成后，去除所述热缩管(30)。

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