摘要：本文通过电动机转子固定防护技术的制造经验，对目前国内高、低转速电动机转子固定方法的优、缺点做出简单对比，为电动机设计人员提供一定的参考。
关键词：无磁钢丝 无纬带 金属环箍 非金属环箍 碳纤维 石墨纤维
引言：
电动机转子防护固定与电动机其它部位的固定条件完全不同，转子固定的主要目的是为了克服因转子高速旋转而导致绕组在离心力作用下向辐射方向发生位移的作用力。目前国内普遍使用的钢丝绑扎和无纬带绑扎技术已基本满足大部分电动机转子的设计要求；但是随着高速电动机、高速永磁电动机的出现，以上两种技术已经明显无法满足电动机转子设计的需要，从而就出现了非磁性金属护套防护技术的应用；而近年来由于碳纤维和石墨纤维等高新材料的出现，给高速电动机转子固定防护技术又掀起了一个新的讨论热点和新防护工艺技术的研究浪潮。
1.钢丝绑扎技术
该技术研发于上世纪30年代，由于无磁钢丝制造技术的制约，我国于上世纪50年代才开始成熟应用于牵引电动机电枢后端部的绑扎固定。该材料为一种无磁钢丝，利用专用的且带有恒定拉力的绑扎设备对转子后端部进行绑扎固定，为了保证绑扎效果的理想，整个操作过程需要使用焊锡对钢丝进行全面焊接使钢丝成为一体，最后使用扣片将其收头固定，以达到对电枢后端部安全、可靠的固定。而该绑扎技术的优点是绑扎后各钢丝间牢固、紧密、厚度均匀、一体化程度高，且相对较薄而且散热效果较为优秀。从而在牵引电动机电枢上得到了广泛的应用。但该技术自身也存在一定的缺点，如无磁钢丝制造难度大、焊接技术要求高、材料成本较高，同时对钢丝下衬垫的绝缘材料也有一定的较高要求。
2.无纬带绑扎技术
该技术的主要原材料是电工用树脂浸渍无纬编织带，该材料具有抗拉强度高、耐温能力好（F、H级）、树脂固化性好、还具有一定的绝缘性能；同时使用在电动机转子端部可有效避免涡流的产生、减少绕组端部磁漏、改善电动机性能、增加绕组爬电距离、提高绝缘强度。该材料于上世纪70年代开始在我国开始广泛应用。由于该材料属于预浸渍材料，所以具有较高的树脂含量（27%左右）。在具体的操作中使用的设备与钢丝绑扎的设备较为相似（大多数情况下该设备为两中材料的通用设备）。由于该材料所含树脂为热固性材料，所以在绑扎完成后需对绑扎后的工件进行加热固化以满足无纬带的最佳抗拉强度。从实验结果来看，该材料在热态情况下进行绑扎要比冷态绑扎抗拉强度要高出10%左右。所以，我公司所使用的就是为热态绑扎技术，该材料在热态下由于材料自身树脂粘度降低，同时又在外力作用下，很容易使无纬带内部纤维自由移动，可使整体防护固定强度一部均匀一致。为防止材料无限制的移动，各电机厂厂家均在无纬带的边缘增加了挡边材料，以将其约束在要求的工作面上。但有时由于绑扎拉力过大，无纬带纤维会在预紧力的作用下持续推动挡边向外移动。为防止无纬带将挡边推出工作区，现场通常会将挡边带向工作面方向移动1cm左右，这就造成了转子边缘防护不够现象的发生。而且在转子浸漆后，挡边内会聚集了大量已固化的绝缘漆，当电机高速旋转时，挡边带内的玻璃丝加上内部聚集的绝缘漆在转子离心力的作用下很有可能将挡边带撕裂，再将定子线圈扫坏，造成电机匝短现象的发生，更严重的会造成电机整机报废事故的发生。
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无纬带绑扎技术与钢丝绑扎技术相比，绑扎材料较为低廉、操作简单、工艺性好。但在相同厚度的情况下，无纬带抗拉强度要比无磁钢丝小、散热性能差。
3.非金属环箍固定技术
该材料主要由改性环氧树脂或聚酯树脂加玻璃丝纤维或碳纤维复合而成的桶状非金属配件。该配件可在专用设备、工装上制作而成，然后在装配时将相关衬垫材料配置到位后再进行套装。国外某厂家电动机就使用了该技术。该技术最大优点是：1.可对转子需要约束的部分进行均匀的、有效的、全面的约束；2.从外观上来看，当环箍因长期使用而出现应力疲劳或质量缺陷时，可在不影响端部质量的情况下进行整理更换，避免因固定环箍返工而造成电动机转子的二次损伤。
该技术我公司并未使用，且对于使用寿命、安全性能甚至工艺可行性还有待研究和验证。
4.金属环箍固定技术
该技术大多应用于表贴式高速永磁电动机转子固定领域，由于部分高速电动机的转子转速可高达数万转以上。所以，就在永磁体的外层设置一种高强度的非导磁金属保护套，以克服粘接在铁心表面磁钢的离心力，同时也尽量减小了高频涡流损耗的产生。虽然永磁体具有高抗压能力，但是对温度要求较为敏感。如果金属护套在热套过程中护套温度过高，就会使永磁体出现退磁和消磁现象的发生，使永磁体降低或完全失去产生磁场的作用。同时当护套热套温度不够时又会出现热套不到位现象的发生。所以，该固定技术对工艺、温度、人员操作都需要有较高的要求，难度较大。
5.碳纤维绑扎技术
碳纤维是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维，为化纤类材料的高端品种，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐腐蚀性出类拔萃，而且兼具纺织纤维的柔软加工性，是新一代增强型纤维材料，且导热性好（率低于铜）、导电性低，最高耐温可达2000~3000℃高温，是一种力学性能优异的新材料。该材料在具体操作过程中需要使用专用的或改性胶黏剂共同进行。首先在工件表面预先涂刷一层胶黏剂然后再进行逐层的绑扎、逐层刷胶，在绑扎过程中要尽量避免打结现象出现，因为打结后的碳纤维强度将会有所降低（目前国外已解决该难题），绑扎至工艺要求厚度后使用胶黏剂进行收头。
该技术抗拉强度高、一致性好、对转子电磁参数影响低。但由于碳纤维普遍比较细，对绑扎设备的进程精度会有较高要求。如果在计算强度允许的情况下可以使用碳纤维编织带或浸渍类碳纤维带来完成以上绑扎作业，该材料由碳纤维材料编织而成，有与碳纤维相同的物理、化学特性，而且对设备要求较低，一般无纬带绑扎设备就可以完成该绑扎作业，效率较高。
结束语：
目前，钢丝绑扎工艺因材料成本较高、工艺难度大正在逐步被工艺简单、抗拉强度高、成本较低的无纬带绑扎技术所取代。而非金属环箍固定技术虽有其一定的优越性，但是在工艺可行性，安全性方面还有待验证，所以在相当一段时间里还很难成为转子固定技术的主流方式；而在表贴式高速永磁转子或高速电动机转子固定技术方面，还是以金属环箍和碳纤维绑扎固定技术为主要防护方式，但是碳纤维绑扎技术与金属护套防护相比要较为优异。首先碳纤维绑扎防护完全不用考虑转子涡流现象的发生，其次碳纤维密度小、重量轻且具有高强度、高模量、高耐温等特性，在同等防护强度的情况下固定厚度要比金属环箍薄。所以，在未来高速电机转子防护、高离心力约束技术方面，碳纤维或石墨纤维将会逐步取代金属环箍固定技术，从而保证转子高速、安全、可靠的运行在铁路及其它工业领域。
论文作者:王艳斌
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/3
标签：转子论文; 电动机论文; 碳纤维论文; 技术论文; 材料论文; 永磁论文; 护套论文; 《电力设备》2019年第3期论文;