碳纤维防护套的电磁屏蔽实验分析

  隔离套是保证磁力泵无泄漏的唯一承压部件,也是作为介于内、外磁转子之间的静止的密封隔离件。作为唯一的密封部件, 隔离套主要承受着塑料磁力驱动泵在工作时产生的内部压力。出于强度的考虑,一般由金属材料制成。由于隔离套在高速交变磁场中工作,因此产生严重的“发电”效应,即磁涡流损失。材料的导电性能越好,截面积越大,转速越高,涡流损失就越大。因此,隔离套尽里选择非铁磁性的、电阻率比较高的材料。

  永磁电机中的永磁体通常使用粉末冶金材料制造,这种永磁体不能承受很大的冲击作用力,如果不对其进行充足的保护,永磁体很容易在电机的高速旋转中发生破损,进而影响电机的可靠性。因此,在设计永磁电机时,不仅要考虑永磁体之间的作用力,还要考虑永磁体对导磁的铁制材料的作用力、电机运转时永磁体所受的离心力等,以实现对永磁体的妥善保护。目前高速永磁电机转子最常用的保护措施是碳纤维捆扎永磁体、永磁体外加非导磁或半导磁合金保护套,保护套的增加会给电机的散热带来严重的困难。

  针对以上问题,研究人员选择对一台75 kW,60000r/min的高速永磁电机,设计了3种方案,同时基于应力场、电磁场和温度场对3种方案的转子强度、转子涡流损耗和温度分布进行了综合的比较与分析,通过一台采用非导磁合金保护套的样机进行了温升实验。实验结果表明,采用半导磁合金保护套时,会大大减小永磁体的厚度,但会产生更大的转子涡流损耗采用非导磁合金保护套时,所需的永磁体和保护套的厚度最大,采用碳纤维保护套时,所需的保护套厚度最小,转子涡流损耗和温升分布也远远小于其他两种保护措施。

  目前,碳纤维保护套的装配方法有两种:一是直接做成保护套,通过机械的方法,强行进行压装;另外一种是利用永磁体作为轴心,在其外面直接缠绕成型保护套。江苏博实采用的是直接在点击转子上缠绕碳纤维预浸料,可耐温160℃-200℃,能够承受电机转速每分钟几千到十几万转,能够满足电机转子的使用需求。