基于有限元法的高速永磁转子强度分析

张涛， 朱熀秋， 孙晓东， 杨泽斌

(1．江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江212013;2．淮阴工学院电子与电气工程学院，江苏淮安223003)

0 引言

由于高转速，相同功率的高速电机体积远小于中低速电机。高速电机具有以下优点:1)高功率密度，节约材料，减小设备体积与重量，效率高;2)可以直接驱动负载，取消传动机构，减小传动损耗，噪音小;3)转子转动惯量小，动态响应速度快等一系列独特优点。在离心压缩机、航空航天、高速电主轴、新能源等高速直驱领域具有广阔的应用前景，高速电机正成为国际电工领域的研究热点［1－5］。

由于高速直驱领域对高速电机的迫切需求，国外学者竞相开展对高速电机的研究。美国麻省理工学院的电磁和电子实验室研究了5 MW高速感应发电机;德克萨斯州立大学机械电子中心对用于先进机车推进系统的3 MW高速同步发电机和高速感应飞轮电机开展了研究;英国Turbo Genset公司研制了以112 MW高速永磁发电机技术为核心的新型移动电站;美国Calnetix公司研究了2 MW舰用高速永磁发电机，其转速运行范围为19 000 ～22 500 r/min［6］。赫尔辛基理工大学和苏黎世联邦工学院合作研制出转速为500 000 r/min，功率为100 W的高速永磁发电机［7］。异步电机、开关磁阻电机、永磁电机等都能够实现高速运行，其中永磁电机无需励磁，控制简单，功率密度高，效率高，特别适合应用于高速驱动领域。但是转子表面或转子内部嵌入永磁材料，永磁转子机械强度低，转子难以承受高速旋转离心力的作用，从而损坏转子结构［8－10］。……