碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）套筒有望用于电动车电机市场

为提高电动汽车性能与续航能力，大众对电动汽车的技术关键点着重侧重于电池技术。但将电池能量转换为车辆推进力的电动机技术同样至关重要。现有技术是有部分厂家采用碳纤维加固的热固性套筒包裹用于电动汽车的永磁电动机（PMM）转子。此套筒使转子组件在高速旋转时不会飞散。目前国外有报道宣称，一个来自美国的特瑞堡密封系统公司热塑性树脂（PEEK）优势，采用创新性碳纤维增强热塑性树脂复合材料（CFRTP）改进此套筒设计。此优化设计能大大提高电动机效率，预计不久将投入生产。

CFRTP套筒：特瑞堡利用其自动纤维放置（AFP）与原位固结技术，将碳纤维/热塑性塑料复合材料直接缠绕到金属结构上。即使对于高转速应用，对复合材料进行预张紧也可以使其保持在原位。图片来源：特瑞堡密封系统

在电动车市场，最近有几款量产车选择了PMM，而不是更常见的感应电机。这些车型包括特斯拉Model 3和雪佛兰Bolt和Volt。感应电机的特点是成本相对较低，可靠性高，但永磁电机具有更高的功率密度和更轻的重量。永磁电机的价格是一个决定性的缺点，因为永久磁铁的成本很高，最常见的是由稀土金属制成。因此，每一个提高这些电机效率的进步都是建立其商业案例的关键。这就是为什么用于永磁电机的碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）套筒正在被认真考虑用于电动车市场的原因。

热塑性复合材料套筒由连续纤维增强的预浸料制作而成，直接缠绕在PMM转子上。该公司自动纤维放置（AFP）与原位固结技术，能够制造出适用于电动汽车PMM和几乎所有其他PMM应用的套筒。尺寸从直径不到2.5厘米一直到为商用单通道飞机推进设计的原型电动马达的直径33厘米的套筒等均有。

为满足电动车应用的高性能要求，该套筒由碳纤维增强的聚醚醚酮（PEEK）预浸带制成。与其他材料和工艺相比，其热塑性复合材料套筒的材料和工艺创造了有利的设计自由度。碳纤维/PEEK套筒的替代品包括上述的热固性复合材料以及钢制版本等。热塑性基体的特性，包括其卓越的韧性和对磨损、疲劳和化学品的抵抗力，使其非常适合EV动力传动系统所经历的恶劣条件。

壁薄是该CFRTP套筒设计和工艺的一个关键优势。转子套筒增加了转子磁铁和定子之间的距离，这个间隙越大，电机的电磁功率和效率就越低。这意味着，理想的套筒要在尽可能薄的结构中提供高强度。而此CFRTP套筒既比热固性复合材料制造的套筒薄，又比用钢制造套筒的单位厚度更坚固。据称用于电动汽车电机的此CFRTP套筒有5到20层厚。

另一个重要性能特点是，与钢材相比，碳纤维增强复合材料的导电性能要低得多。低导电性可减少对磁场的干扰。薄和低导电性的结合有助于碳纤维/PEEK套筒最大限度地提高PMM的功率密度。

此外，复合材料的高抗拉强度使转子的旋转速度远远高于任何粘合剂所能保持的速度。碳纤维的低热膨胀系数（CTE）也是套筒和转子之间牢固的机械结合的因素，它的重量也很轻，可以很好地处理快速加速和减速。

提高产量：AFP/ISC（自动纤维放置/原位固结）技术可以适应多个转子的同时复卷。这里看到的一个长圆柱形部件，该机器将转子首尾相连，并通过编程使转子同时上链。图片来源：特瑞堡密封解决系统

此文由中国复合材料工业协会编译，文章不用于商业目的，仅供行业人士交流，引用请注明出处。