随时电力行业的发展,电动机在国内外的应用也越来越广泛。目前,表贴式高速永磁电机保护永磁体的措施有两种:一种是采用高强度的复合材料电机转子护套,如碳纤维电机转子护套;另一种是用高强度的非导磁金属电机转子护套,如钛合金电机转子护套或不锈钢电机转子护套。
由于高速永磁电机转速很高,表面线速度可达200m/s以上,因此对转子的强度和刚度有着较高的要求。但永磁体材料本身的抗拉强度较低,在高速旋转的情况下,为保护永磁体,一般需要给它加上电机转子护套来保护。目前通常采用的合金材料的电机转子护套,既能提高转子的刚度又能提高转子的强度。
但采用纯合金电机转子护套时,由于合金电机转子护套厚度较大,因此在该合金电机转子护套上的涡流损耗很高,从而导致转子温升过高,可能导致永磁体的不可逆退磁。
现有的高速永磁电机转子护套结构存在以下缺陷:(1)非导磁金属电机转子护套结构厚度大,会产生高频涡流损耗,致使转子发热。(2)碳纤维电机转子护套厚度小,但碳纤维是热的不良导体,不利于永磁转子的散热。这两种结构均无法消除定子产生的高次谐波对转子的影响。
与合金保电机转子护套相比,虽然候纤维保电机转子护套的导热特性较差,但其可以大幅度地降低转子涡流损耗,在相同的散热条件下,采用碳纤维保电机转子护套的电机温升远小于合金保电机转子护套。
有研究人员对一台75kW,60000r/min高速永磁电机设计非导磁合金保电机转子护套、碳纤维保电机转子护套、半导磁合金保电机转子护套3种方案,并对所设计的3种方案的转子强度、涡流损耗和温度分布进行了比较,得到了以下结论:
1.与不导磁合金保电机转子护套相比,采用半导磁的合金保电机转子护套,可以大幅地减小永磁体的厚度和保电机转子护套的厚度,但却会产生更大的涡流损耗,给电机的散热带来更大难度。
2.采用不导磁的合金保电机转子护套时,在气隙磁密相同的情况下,所需永磁体厚度和保电机转子护套厚度都是最大的。
3.采用碳纤维保电机转子护套时,所需保电机转子护套厚度最小,转子涡流损耗远远小于合金保电机转子护套,在相同的散热条件下,采用碳纤维保电机转子护套的电机温升也远小于合金保电机转子护套。