一种油冷复合材料转子及电机的制作方法

本申请涉及电机设备，特别涉及一种油冷复合材料转子及电机。

背景技术：

1、随着航空电动化的发展，涡电混动、电力推进等技术对航空发电机的转速、功率密度和重量提出了更高要求，高转速、高强度、高效散热与轻量化成为航空电机转子设计的核心目标。现有高速电机转子多采用钢制转轴与硅钢片铁心、内嵌磁钢的结构形式，并在硅钢片上开设冷却油道对转子进行冷却，但目前的转子结构中，一方面，钢制转轴与硅钢片铁心的重量大，硅钢片的导热系数低，磁钢至冷却油之间的传热热阻高，制约了转子的散热效率、临界转速及功率密度的提升；另一方面，冷却油多由转子的一端流向另一端并经径向孔流出，冷却油单程流过整个转子，吸热后温度持续升高，而导致转子轴向两端的温差较大，部分转子结构通过在转子中部设置开槽的隔板，使冷却油由中部向两端分流，该结构虽然能够均衡转子轴向温差，但隔板的设置增加了转子的轴向无效长度，导致转子结构复杂、装配难度大，此外，目前的冷却油道均开设于硅钢片铁心，仅适用于内嵌式磁钢转子，而不适用于表贴式磁钢转子。

2、因此，如何在实现转子轻量化与高强度的同时，对表贴式磁钢进行高效、均匀的冷却，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种油冷复合材料转子，以在实现转子轻量化与高强度的同时，对表贴式磁钢进行高效、均匀的冷却。

2、本申请的另一目的在于提供一种包含上述油冷复合材料转子的电机。

3、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

4、一种油冷复合材料转子，包括：

5、复合材料转轴，所述复合材料转轴为空心轴且内腔用于通入冷却油，所述复合材料转轴轴向中部的轴壁上开设有沿径向延伸的甩油孔；

6、冷却护套，所述冷却护套套设于所述复合材料转轴的外侧，所述冷却护套开设有环形槽以及多个沿所述冷却护套的周向排布的轴向通油孔，所述环形槽与所述甩油孔对应设置并与所述甩油孔连通，多个所述轴向通油孔分布于所述环形槽的轴向两侧且分别与所述环形槽连通；

7、磁钢，所述磁钢贴设于所述冷却护套的外周，所述复合材料转轴旋转时，所述内腔中的冷却油经所述甩油孔甩入所述环形槽，并分流至所述环形槽轴向两侧的各所述轴向通油孔以冷却所述磁钢。

8、优选地，在上述油冷复合材料转子中，所述甩油孔为多个，且多个所述甩油孔沿所述复合材料转轴的周向均匀间隔分布。

9、优选地，在上述油冷复合材料转子中，多个所述轴向通油孔沿所述冷却护套的周向均匀密布，所述轴向通油孔为微通道结构。

10、优选地，在上述油冷复合材料转子中，所述复合材料转轴由碳纤维缠绕成型，所述碳纤维的缠绕方向为0°/±β°/90°，所述β的取值范围为30°-60°。

11、优选地，在上述油冷复合材料转子中，还包括缠绕护套，所述缠绕护套由碳纤维缠绕或压装于所述磁钢的外周。

12、优选地，在上述油冷复合材料转子中，所述冷却护套为铝基碳化硅护套；所述冷却护套的线膨胀系数介于所述复合材料转轴的线膨胀系数与所述磁钢的线膨胀系数之间。

13、优选地，在上述油冷复合材料转子中，所述冷却护套的外周表面设置有绝缘层，所述绝缘层为微弧氧化层或陶瓷涂层。

14、优选地，在上述油冷复合材料转子中，所述冷却护套与所述复合材料转轴过盈配合，所述冷却护套通过热套或压装方式套设于所述复合材料转轴的外侧。

15、优选地，在上述油冷复合材料转子中，所述磁钢为多个，多个所述磁钢沿所述冷却护套的轴向分段布置，且相邻段的所述磁钢错极设置。

16、一种电机，包括如上述任一项所述的油冷复合材料转子。

17、从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种油冷复合材料转子，该油冷复合材料转子主要包括复合材料转轴、冷却护套及磁钢，其中，复合材料转轴采用空心轴结构，其内腔用于通入冷却油，同时复合材料转轴在轴向中部的轴壁上开设径向甩油孔，转子旋转时，冷却油在离心力作用下经甩油孔径向甩出，而无需额外油泵加压即可实现冷却油的可靠输送，同时，中部设置的甩油孔能够使得冷却油从复合材料转轴轴向上的中间位置，向轴向两端分流，从结构上避免了冷却油单程流过整个转子所造成的轴向两端温差过大的问题，也无需设置油道隔板等结构，缩短了转子的轴向长度并简化了装配结构；在此基础上，冷却护套套设于复合材料转轴的外侧，冷却护套开设有环形槽，且环形槽与甩油孔对应连通，同时冷却护套开设有多个轴向通油孔，多个轴向通油孔沿冷却护套的周向排布并分布于环形槽的轴向两侧，经甩油孔甩出的冷却油进入环形槽，并在压力作用下均匀分流至各轴向通油孔，使冷却油沿磁钢的整个轴向长度就近流动，此外，磁钢贴设于冷却护套的外周，磁钢与冷却油之间仅隔着冷却护套的壁厚，传热路径短、热阻低，磁钢产生的涡流热量以及转轴的气动发热能够被冷却油快速带走，实现了对表贴式磁钢的直接、均匀冷却；同时，转轴采用复合材料，以利用复合材料高比强度、低密度的特性，在降低转子重量的同时提高了转子的临界转速与结构强度。综上，本申请在实现转子轻量化与高强度的同时，实现了对表贴式磁钢的高效、均匀冷却，提升了电机的功率密度与运行可靠性。

1.一种油冷复合材料转子，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的油冷复合材料转子，其特征在于，所述甩油孔（11）为多个，且多个所述甩油孔（11）沿所述复合材料转轴（1）的周向均匀间隔分布。

3.根据权利要求1所述的油冷复合材料转子，其特征在于，多个所述轴向通油孔（42）沿所述冷却护套（4）的周向均匀密布，所述轴向通油孔（42）为微通道结构。

4.根据权利要求1所述的油冷复合材料转子，其特征在于，所述复合材料转轴（1）由碳纤维缠绕成型，所述碳纤维的缠绕方向为0°/±β°/90°，所述β的取值范围为30°-60°。

5.根据权利要求1所述的油冷复合材料转子，其特征在于，还包括缠绕护套（3），所述缠绕护套（3）由碳纤维缠绕或压装于所述磁钢（2）的外周。

6.根据权利要求1所述的油冷复合材料转子，其特征在于，所述冷却护套（4）为铝基碳化硅护套；所述冷却护套（4）的线膨胀系数介于所述复合材料转轴（1）的线膨胀系数与所述磁钢（2）的线膨胀系数之间。

7.根据权利要求6所述的油冷复合材料转子，其特征在于，所述冷却护套（4）的外周表面设置有绝缘层，所述绝缘层为微弧氧化层或陶瓷涂层。

8.根据权利要求1所述的油冷复合材料转子，其特征在于，所述冷却护套（4）与所述复合材料转轴（1）过盈配合，所述冷却护套（4）通过热套或压装方式套设于所述复合材料转轴（1）的外侧。

9.根据权利要求1所述的油冷复合材料转子，其特征在于，所述磁钢（2）为多个，多个所述磁钢（2）沿所述冷却护套（4）的轴向分段布置，且相邻段的所述磁钢（2）错极设置。

10.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的油冷复合材料转子。