高速永磁电机具有高效率、高功率因数、小体积、低噪声及调速性能好等优点，已广泛应用于新能源汽车高速永磁电机、高速磨床、飞轮储能、特种发电，以及各类流体机械装备等领域。近日，宁波材料所张永刚团队通过碳纤维热塑性单向预浸带与激光辅助加热缠绕成型技术研究相结合研发出高速永磁电机转子热塑性复合材料护套，该热塑性碳纤维护套的制备成功，将有效推动实现电机更高转速、百十kW功率等级，大规模化场景的应用。

碳纤维复合材料成为电机护套潜在材料

电机转子护套主要作用是保护永磁体免受离心力和机械冲击的损坏，同时提高转子的强度和刚度，降低涡流损耗，从而增强电机的性能和可靠性。传统金属电机转子护套在使用过程中存在抗拉强度与刚度不足的问题，导致传统金属护套在高速旋转时，由于离心力的作用，容易发生变形或损坏，从而影响电机的正常运行。与此同时还存在涡流损耗、散热困难、重量较重、在长期运行过程中金属护套容易因疲劳而损坏等问题。

随着电机转速的不断提升，在航空航天、汽车等领域，对电机的轻量化和高性能要求日益增加，有降低电机重量，提高能量密度的刚需，传统的金属护套已无法满足高速电机的需求。这些问题促使人们寻求更先进的材料和设计来替代传统金属护套，如碳纤维复合材料护套。

碳纤维复合材料的拉伸强度以及刚度是常规金属材料(如钢、铝、钛等)的3至5倍；同时碳纤维复合材料在其弹性范围内的允许应变量要远远大于大多数金属材料。使用碳纤维转子套筒可有效解决相关难题：使用碳纤维套筒包裹磁钢，并施加精准的预紧力将套筒和磁钢包覆于转子表面，这样可以安全有效的保证转子在高速情况下安全稳定的工作。

相较于传统材料热固性材料，热塑性碳纤维电机转子护套在制造上具有较明显的优势：

1）、从加工工艺上：热塑性碳纤维复合材料的成型周期较短，不需要像热固性材料那样进行长时间的固化和后处理；热塑性复合材料成型过程中不需要热压罐等大型专用设备，降低了设备投资和生产成本；此外，热塑性复合材料工艺自动化程度高，如自动纤维铺放（AFP）和注塑成型等，生产效率高，适合大规模生产。

2）、从材料特性上：热塑性碳纤维复合材料具有良好的可循环性，可以回收再利用，符合环保要求；原材料储存期不受限制，不需要低温贮存。

3）、从其他特性上：热塑性材料的加工工艺允许更大的设计自由度，可以实现复杂的几何形状和结构；此外，由于热塑性材料可以二次熔化和再成型，维修时可以局部加热修复，不需要更换整个部件。热塑性材料还具有良好的可焊接性，便于在制造过程中进行连接和组装。

上述这些特性使得热塑性碳纤维电机转子护套在制造过程中更加高效、经济和环保，适用于各种高性能电机的应用场景。

宁波材料所张永刚团队在前期工作基础上，通过热塑性单向预浸带与激光辅助加热缠绕成型技术相结合，研发出高速永磁电机转子热塑性复合材料护套。张永刚团队通过采用张力缠绕成型技术制备的高性能碳纤维复合材料护套， 结构轻薄、 预紧应力高、 涡流损耗低，可有效保护电机转子在运行过程中不发生破坏， 具有十分显著的技术优势。后续张永刚团队将持续开展涵盖材料研发、成型工艺、产品应用的全链条技术攻关。

1）、电机领域

由于高速永磁电机具有高功率密度、高效率、体积小等优点，被广泛应用于离心式压缩机、飞轮储能等设备中。在这些电机中，使用碳纤维转子护套可以有效保护永磁体，防止其被甩出。相比于传统的金属护套，碳纤维护套质量更轻、涡流损耗更小。此外，在分布式供电系统中，微型燃气轮机驱动的高速发电机越来越受到关注，碳纤维转子护套在其中也有应用。

2）、汽车领域

在新能源汽车中，永磁电机作为汽车的核心部件之一，其转子也使用了碳纤维护套。碳纤维护套能够减轻电机的重量，提高电机的电能与机械能转换效率，增大电机扭矩，延长电机使用寿命。例如特斯拉汽车是行业内首个给电机转子设计碳纤维护套的企业。

3）、航空航天领域

碳纤维转子护套在航空发动机中也有应用，其轻量化、高强度和低膨胀系数的特性，有效提高了转子的动态平衡和运行效率。

4）、工业机械领域

高速磨床及其他加工机床设备中，高速电机是其重要组成部分，碳纤维转子护套能够提高电机的性能和可靠性。

5）、新能源领域

在风力发电设备中，碳纤维转子护套也发挥着重要作用，帮助提高发电效率和设备的稳定性。此外，碳纤维转子护套还被应用于其他一些需要高速旋转和高精度控制的设备中，如分析设备中的真空泵等。

随着技术的不断发展，碳纤维转子护套的应用领域还将进一步拓展。

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