永磁悬浮轴承工作时通过永磁体间的磁力来平衡外力，可以实现高转速、高效率运行。永磁电机采用烧结钕铁硼材料，其抗拉强度较大而抗拉强度很小（一般≤89MPa），在高速电机转子离心力成为主要载荷的情况下，考虑到永磁铁难以承受巨大的离心力，必须对永磁体采取保护措施。本文以研制出能应用于200kW的永磁悬浮转子为主要目标，工作转速为18000rpm，采用ANSYS软件对永磁转子建立力学仿真模型最终选择合适的转子保护套。

　　发电机转子由矽钢片和内嵌钕铁硼构成，内嵌的钕铁硼永磁材料一般是通过粉末压制而成，这种生产工艺导致钕铁硼材料的抗拉强度只有抗压强度的十分之一不到（一般<80Mpa），而的钢片的强度要大于钕铁硼（一般<400Mpa），所以整个转子强度在不考虑矽钢片与内嵌钕铁硼接触以及应力集中问题时取决于钕铁硼的强度。目前最常用的保护方式是在转子外层加一层高强度保护套。

　　在不考虑的钢片与内嵌钕铁硼接触以及应力集中问题，碳纤维材质的保护套安全系数最高。碳纤维保护套与高强度合金保护套相比，具有更高的强度重量比，且不产生高频涡流损耗，因此最终选择碳纤维材质的护套。

　　考虑的钢片与内嵌钕铁硼接触和应力集中等因素时，转子实际应力分布情况很难通过解析法推导。永磁转子在高速旋转时即使采用高强度保护套，在永磁体和保护套之间仍然会有间隙，这主要是因为两种材料在受到离心力作用时产生的形变不同，保护套的径向形变要大于永磁体的径向形变。通过保护套与永磁体间的过盈配合给永磁体施加一定的预压力，在高速旋转时借助该预压力来补偿永磁体高速旋转的离心力产生的拉应力，从而保证永磁转子能够安全运行。

　　从应力分布云图中可以看出，随着距离旋转中心距离的增加，应力总体上是增加的，但是在钕铁硼处应力分布较为复杂。矽钢片随着半径的增大应力在减小，其最大值为240MPa，小于其本身的强度极限。钕铁硼随着半径的增大应力从大到小，达到最低点后又继续上升，其最大值为162.45MPa，已经超过其本身的强度极限。而碳纤维层的应力值随着半径的增大而增加，最大值为284MPa，且小于自身的强度极限。由于钕铁硼的离心应力已经超过其自身强度极限将近一倍，所以在实际运行时将会发生破裂。

　　当过盈量分别为0.06mm、0.08mm、0.10mm、0.12mm和0.14mm时，随着过盈量的增加碳纤维的离心应力也随之增大，而矽钢片和钕铁硼的离心应力却随之减小。当过盈量为0.10mm时，钢片的最大离心应力为190MPa，钕铁硼的最大离心应力为70MPa，都小于各自材料的强度极限。当过盈量为0.12mm时，钢片的最大离心应力减小到163MPa，钕铁硼的最大离心应力减小到67MPa。当过盈量为0.14mm时，钢片的最大离心应力进一步减小为147MPa，而钕铁硼的最大离心应力减小到60MPa。

　　结束语以上数据表明通过采用保护套与永磁体间的过盈配合给永磁体施加一定的预压力，在高速旋转时该预压力补偿了永磁体以及的钢片高速旋转的离心力产生的拉应力，并且在过盈量大于0.1mm时就已经可以保证永磁转子安全运行，所以最终采用单边3mm的碳纤维保护套，该保护套与钕铁硼和矽钢片之间的过盈量为0.12mm。

　　阅读延伸：《碳纤维永磁电机转子护套的设计》