同步高速永磁电机具有功率密度大，体积小，效率高等特点，多年来被越来越多的使用在如飞机发动机、高速分子泵及高速机床电主轴等应用领域。为了有效的保护高速电机转子永磁体在高速条件下安全正常的工作，需要使用高强度复合材料将其安装在电机转子上；一般会使用钛合金护套，但此工艺会产生额外的高频涡流造成功率损耗；在欧洲更有效的方法是使用具有更高强度重量比，可以承载较高抗拉强度的碳纤维复合材料对永磁体进行保护。

　　高速永磁电机具有效率高，功率因素大和体积小等优势，是高速电机领域的主要研究方向之一。高速永磁电机的转子在高速旋转时永磁体不能承受由离心力产生的拉应力，必须在外层设置保护套并提供一定的预紧力来抵消，目前保护套主要是采用合金材料和碳纤维复合材料，由于碳纤维复合材料轻质高强同时可以降低转子的涡流损耗，具有广阔的应用前景。

　　通过制备不同张力缠绕的T800碳纤维NOL环和单向板试样并测试其基本力学性能参数，研究张力对碳纤维缠绕制品的性能影响规律，确定大张力缠绕工艺的极限张力，并为碳纤维护套转子的设计分析提供参数依据。

　　其次，针对体积较小的高速永磁电机转子，提出一种大张力缠绕护套方案，在制备护套的同时通过纤维张力提供预紧力。考虑缠绕过程中外层纤维张力对内层结构的作用导致已缠绕的内层纤维产生放松效应，基于弹性力学相关原理推导了张力与纤维层剩余应力的解析模型，分析不同张力制度下纤维层对永磁体的压紧作用，在此基础上以转子永磁体径向始终受压为条件，结合材料的强度准则设计了大张力缠绕护套的厚度。

　　然后，利用ABAQUS有限元软件建立大张力缠绕护套的计算模型，模拟缠绕张力放松效应和逐层缠绕过程，运用该模型计算恒定张力缠绕和等应力缠绕两种张力制度下转子静态和高速旋转的应力分布情况，并与解析计算的结果进行对比，验证了两种计算方法结果的一致性。通过实验测试在大张力缠绕护套作用下永磁体的径向应变，验证了大张力缠绕方案的可行性，以及理论计算和有限元仿真模型的正确性。

　　最后，针对体积较大的高速永磁电机转子，大张力缠绕提供的预紧力不足以抵消高速旋转的离心力，故采用过盈配合的方案。基于弹性力学相关原理推导了过盈护套转子静态和高速旋转时的应力的解析模型，分析不同护套厚度和过盈量的影响规律，选取更为合理的碳纤维过盈护套参数。采用有限元法对过盈护套转子应力进行仿真分析，并与解析计算的结果进行对比，证明建立的过盈护套转子应力解析模型的正确性。按计算得到护套厚度和过盈量，实际缠绕制备了转子的碳纤维护套并进行过盈压装和旋转实验，验证了转子的稳定运行。

　　大张力缠绕碳纤维护套可以满足部分永磁电机转子高速旋转的要求，为转子碳纤维护套的设计提供了一种新思路，随着碳纤维材料和张力缠绕技术的发展，能够应用的转子范围会越来越广。