高速永磁电机具有高功率密度、高效率等优点，因此广泛应用于离心式压缩机、飞轮储能等领域。高速电机运行时，转子各部件受到巨大的离心力作用，因此常采用带转子护套的表贴式永磁转子结构，以保证永磁体的安全。

　　常见的转子护套材料主要包括高强度金属材料（如钛合金、Inconel合金）和高强度复合材料（如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维）两类，其物理属性有很大差异：金属护套导电性好，护套中的涡流损耗大，但其热导率高，转子散热容易；纤维护套电导率很低，护套中几乎没有涡流和损耗，但其导热性差，转子散热困难。因此，护套材料对于高速电机转子涡流损耗与温升具有显著的影响。

　　转子护套厚度的设计受到多物理场的共同约束。从应力的角度，护套必须有足够的厚度与合适的过盈量以保证高速下转子的安全；而从电磁设计的角度，护套应尽可能薄，因为护套与电机的实际气隙共同构成了电机的电磁气隙，护套厚度会直接影响电磁设计的可行范围。对于给定的电磁气隙，护套厚度最小化（即实际气隙最大化）有以下优势：1）减小导电类护套中的涡流损耗：2）降低护套的材料成本；3）降低转子的装配难度；4）减少转子重量，减轻轴承负荷：5）降低转子风摩损耗。对于通过气隙通风冷却的电机，增大实际气隙还能减小气隙的空气流阻、增强转子表面的对流换热。综 上，在满足应力要求的前提下，护套厚度的最小化可作为护套设计的主要目标。

　　以一台250kW,25kr/min的高速永磁电机为例，分别通过解析和有限元方法对其转子应力进行分析。经初步电磁计算，确定了转子采用外半径为44mm、厚度为8mm的钕铁硼永磁体及45号钢转轴。由于各向同性材料为各向异性材料的特例，以各向异性的碳纤维材料为例进行验证，其厚度暂定为2mm,与永磁体间的过盈量为0.3mm。安全起见，应力计算均考虑1.2倍额定转速（30 kr/min），安全系数取1.5，经解析计算和有限元分析，有限元分析结果；拉应力为正值，压应力为负值。

　　以碳纤维护套为例，在r=36mm处是永磁体与转轴的界面，此处径向接触压强须足够大，否则永磁体会发生滑移。而该接触压强的最小值发生在高速冷态工况。因此，把高速冷态定义为检验永磁体是否滑移的极限工况。在r=44mm处是永磁体与护套的界面，此处护套的切向拉应力是整个护套中最大的。该拉应力必须足够小，否则护套会断裂。

     由于碳纤维护套切向热膨胀系数小于钕铁硼永磁体的热膨胀系数，因此该拉应力的最大值发生在高速热态工况。因此，把高速热态定义为检验护套是否断裂的极限工况。对于该采用碳纤维护套的高速电机转子，2种极限工况下对应的永磁体对转轴的径向接触压强和护套内缘的切向拉应力分别是16MPa和971MPa，满足防止永磁体滑移与护套断裂的要求。

　　对碳纤维护套不同厚度下的过盈量可行范围进行计算。 这里取永磁体对转轴的最小接触压强为10MPa，护套的极限切向拉应力为1300MPa，经计算，碳纤维护套的最小厚度为1.17mm,对应的过盈量为0.41mm。

　　阅读延伸：《碳纤维护套厚度及过盈量电机对转子应力的影响》