Втулки из углеродного волокна, как ключевой тип роторных втулок для высокоскоростных двигателей, используются все чаще. Тем не менее, до сих пор существуют определенные заблуждения относительно их применения. Цель данной статьи — прояснить эти недоразумения и дать более точное понимание их использования.
Таблица: Распространенные заблуждения и правильные интерпретации применения углеволоконных втулок в высокоскоростных двигателях
| Недоразумение | Правильное понимание |
| ① Убеждение, что натяжение обмотки напрямую обеспечивает конечную силу взаимодействия постоянных магнитов с ротором двигателя. | Углеродные волоконные втулки состоят в основном из углеродных волокон и смоляной матрицы. При мокрой намотке углеродные волокна прилипают к поверхности вала под высоким натяжением вместе со смоляной матрицей, но на этом этапе они не полностью отверждаются. В процессе отверждения повышение температуры вызывает тепловое расширение вала, волокон и смолы, что приводит к частичной потере натяжения намотки. При сухой намотке отверждение происходит быстрее и в меньшей степени зависит от теплового расширения, поэтому потеря натяжения относительно меньше, но натяжение намотки все еще нельзя рассматривать как конечную силу взаимодействия с магнитами. |
| ② Убеждение, что размеры втулки напрямую определяются используемой при вулканизации оправкой. | При мокрой намотке углеродные волокна закрепляются на поверхности оправки смолой, но не полностью отверждаются. В процессе нагрева и отверждения оправка расширяется. После охлаждения устанавливаются размеры втулки, в то время как оправка сжимается. Поэтому окончательные размеры втулки должны учитывать тепловое расширение и сжатие оправки. |
| ③ Убеждение, что характеристики одних только углеродных волокон могут служить стандартом проектирования для втулки. | Поскольку оболочки из углеродного волокна состоят как из волокон, так и из смолы, недостаточно использовать в качестве основы для проектирования только свойства волокон. Вместо этого в качестве ориентиров следует использовать параметры производительности, измеренные с помощью испытаний на прочность кольца NOL (GB/T1458-2008) или испытаний пластин, поскольку они лучше отражают фактическую производительность оболочки в реальных условиях эксплуатации. |
| ④ Убеждение, что выбор углеродного волокна высшего качества всегда является наилучшим решением для конструкции ротора. | Выбор марки углеродного волокна, подходящей для ротора высокоскоростного двигателя, зависит прежде всего от условий эксплуатации ротора (например, скорости вращения, линейной скорости). Основная функция втулки — предотвращение выхода магнита из строя из-за центробежных сил. При соблюдении запасов прочности целесообразнее выбирать подходящую марку углеродного волокна, а не самую высокую. Выбор излишне высоких марок увеличивает затраты, препятствует массовому производству и приводит к неэффективности конструкции и завышенным расходам. |
| ⑤ Убеждение, что тепловое сопротивление не нужно учитывать на этапе проектирования. | Как уже упоминалось, работа углеродных волоконных втулок в значительной степени зависит от полимерной матрицы, которая чувствительна к температуре. При превышении определенных пределов характеристики втулки могут ухудшаться, а в тяжелых случаях это может привести к выходу ротора из строя. Поэтому выбор полимерной матрицы должен основываться на ожидаемой рабочей температуре ротора. В настоящее время доступные полимерные матрицы, как правило, выдерживают температуру от ~100 °C до более 200 °C, включая эпоксидные смолы, PEEK и другие. |
