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由電動機的運行原理能夠知道，當轉(zhuǎn)矩一定時，電機的輸出功率和轉(zhuǎn)速是成正比的，即通過增加轉(zhuǎn)速可提高電機的輸出功率。高速電機的應用領(lǐng)域越來越廣泛，如高速磨床和其它加工機床設(shè)備、高速飛輪形式的儲能系統(tǒng)、天然氣管道中采用的離心壓縮機和鼓風機以及分析設(shè)備中的真空泵等。近年來，應用于分布式供電系統(tǒng)的微型燃氣輪機驅(qū)動發(fā)電機的技術(shù)越來越受到關(guān)注。小型燃氣輪機由于不需要驅(qū)動傳統(tǒng)低速電機必須的減速器，不但能夠提高電機工作效率，而且還提高了運行的可靠性。永磁電機由于其結(jié)構(gòu)簡單、力能密度高、無勵磁損耗和效率高等優(yōu)點，最適合用于高速電機。
轉(zhuǎn)子設(shè)計是高速水磁電機設(shè)計的關(guān)鍵，瑞典斯德哥爾摩皇家技術(shù)學院對高速永磁發(fā)電機進行了較深入的研究，制造了一臺額定轉(zhuǎn)速為100000 r/m 額定功率為20KW的高速電機。該電機轉(zhuǎn)子采用非導磁鋼對永磁體進行了保護，文獻對電機轉(zhuǎn)子進行了簡單的應力計算。文獻中，高速電機轉(zhuǎn)子上永磁體表面采用碳纖維綁扎，國內(nèi)對高速電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)研究還處于起步階段。文獻探討了高速異步電機轉(zhuǎn)子設(shè)計面臨的問題，文獻分析了高速永磁同步電機轉(zhuǎn)子設(shè)計的關(guān)鍵問題。本研究著重論述利用有限元法進行轉(zhuǎn)子強度分析的實用技術(shù)。
高速永磁電機采用燒結(jié)錢鐵硼永磁材料，燒結(jié)錢鐵硼是一種類似于粉末冶金的永磁材料，能承受較大的壓應力1000 MPa，但這種材料卻不能承受大的拉應力，其抗拉強度低于抗壓強度的十分之一。如果材料沒有一定的保護措施，永磁體無法承受轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的巨大離心力。
目前，保護永磁體的措施有兩種：一種保護方法是用采用碳纖維對永磁體進行綁扎，另外一種是在永磁體外面加一高強度非導磁保護套。與常規(guī)的采用非導磁鋼保護套相比，碳纖維綁扎帶的厚度要小，而且不產(chǎn)生高頻渦流損耗。然而，碳纖維是熱的不良導體，不利于永磁轉(zhuǎn)子的散熱。因此，本研究采用外加保護套的高速電機永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，如圖所示。
轉(zhuǎn)子永磁體和護套的主要尺寸和材料屬性如表所示，永磁體外徑，護套內(nèi)徑，它們之間的過盈量為0.26mm，對轉(zhuǎn)子進行強度分析的主要目的，是通過轉(zhuǎn)子靜止和轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時的穩(wěn)態(tài)應力分析，校驗永磁體和護套是否能夠承受所允許的應力，在保證高速電機的安全運行的前提下，由于永磁體能夠承受很大的壓應力而不能承受較大的拉應力，永磁體和保護套之間可以采用大過盈配合，使永磁體靜態(tài)承受一定的預壓應力。
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