实心圆柱式超高速永磁电机建模与极限设计

实心圆柱式超高速永磁电机转子线速度大、损耗密度高,其设计受到多物理场约束。针对上述问题,建立了圆柱永磁转子的应力解析模型,能够考虑离心应力、热应力和过盈配合的共同作用计算转子应力以及合金护套的最小厚度。提出了计及涡流效应的电枢反应解析模型,分析转子涡流损耗及其分布。基于应力模型,分析装配奥氏体不锈钢护套时转子在特定热态温升下的极限转速,并将转子涡流损耗代入有限元软件计算转子温升。结合应力分析和温升计算,分析转子在该热态温升下的极限功率以及对应的控制策略,实现转子的极限设计。将以上模型和分析方法用于一台40 kW、60 000 r/min超高速永磁电机的设计,并制造样机用于超临界二氧化碳发电。有限元仿真和样机实验结果验证了模型的准确性和设计的有效性。