高速永磁电机由于体积小、转速高可与工作机或负载直接相连而被广泛应用于轻工业、制造业、航空航天等领域。高速永磁电机转子作为电机的传动装置其设计和动力学分析是目前研究人员都关注的重点。
为了避免转子在起动过程和工作时产生共振,需要对电机转子的临界转速和振型进行相关的预测。转子上的磁性材料一般为稀土永磁材料,而其抗拉极限十分有限。当转子高速旋转时会产生巨大的离心力必须对转子永磁体进行保护和强度校核。
目前保护永磁体的主要措施是采用高强度的复合材料护套(如碳纤维)和高强度的非导磁金属护套(如钛合金)。与采用金属护套相比高强度的复合材料具有质量轻、涡流损耗小的优点,因此碳纤维护套广泛应用于高速永磁电机永磁体的保护。目前转子护套一般采用碳纤维护套。
由于永磁体在高速旋转下会产生巨大的离心力而永磁体一般采用烧结钕铁硼材料其抗拉极限仅为80MPa。在装配过程中永磁体和碳纤维护套过盈配合,会使永磁体产生一定的预紧力,从而减小正常运转时的拉应力。
研究人员对转子强度仿真研究发现,在高速温升下的情况下永磁体最大切向力为17.2MPa,出现在永磁体内表面,最小切向力出现在永磁体外表面为3.8MPa,均为正值,为拉应力。切向力从外表面逐渐增大至内表面,在允许的80MPa的范围内。同样情况下的永磁体径向力最大值出现在内表面58.4MPa,为压应力最小值出现在外表面53.0MPa,同样为负值为压应力永磁体径向抗压极限为1050MPa,仿真结果在允许范围内。
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