超高速永磁电机转子机械强度的实验研究

在超高速永磁电机运行时,电机中的永磁体会因难以承受巨大的离心力而破损。为了解决这一问题,基于1台超高速永磁电机,对电机转子的机械强度进行了仿真分析和实验研究。首先,基于1台超高速永磁电机,对其进行了应力有限元仿真,分析了护套厚度、过盈量、温度、旋转速度对转子应力的影响程度及其灵敏性;然后,基于上述分析结果获得了高机械强度转子的设计方案,并对不同运行工况下的超高速电机转子的应力进行了校核;最后,加工出了1台额定功率为7 kW、额定转速为150000 r/min的超高速永磁电机,并对其进行了机械强度运行实验和空载特性测试。实验测试结果表明:永磁体应力在不同工况下均表现为压应力,其最大值为109 MPa,安全系数大于6,尚有较高的裕量;而护套应力的最大值为967 MPa,安全系数大于2,说明与永磁体相比,护套更易达到极限机械强度;同时,样机测试的空载反电势为362 V,与计算值的吻合度在98%以上,且该转子在超速运行数小时后,未见任何损坏。研究结果表明:所设计的电机转子具有高可靠性,可以满足电机超高速运行的需要。