沈陽工業(yè)大學(xué)國家稀土永磁電機(jī)工程技能研討中心、沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的研討人員張超、陳麗香、于慎波、孫寧、王曉宇，在2019年第9期《電工技能學(xué)報》上撰文，針對高速表貼式永磁轉(zhuǎn)子的不同維護(hù)型式，建立了三層合作下的表貼式永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力解析核算模型，根據(jù)該解析核算模型對鈦合金護(hù)套和碳纖維護(hù)套維護(hù)下的永磁轉(zhuǎn)子進(jìn)行規(guī)劃，并經(jīng)過有限元法對解析核算模型的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。
研討了不同護(hù)套資料、過盈量、極間填充資料、溫度等要素對護(hù)套等效應(yīng)力的影響規(guī)則。建立了高速表貼式永磁轉(zhuǎn)子渦流損耗與溫升的核算模型，研討了不同護(hù)套維護(hù)辦法、不同填充資料下，永磁轉(zhuǎn)子渦流損耗散布與永磁體溫升特性。在此基礎(chǔ)上，完成了一臺高速表貼式永磁電機(jī)的規(guī)劃與制作，并進(jìn)行了試驗(yàn)，成果證明了該文核算剖析的正確性。
高速永磁電機(jī)體積小、功率密度高、效率高，廣泛應(yīng)用于航空航天、高功能伺服、散布式發(fā)電以及飛輪儲能等范疇。跟著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高、頻率的添加，高速電機(jī)在機(jī)械、損耗、熱特性等方面與慣例中低速電機(jī)有顯著不同，其歸納規(guī)劃辦法也不同于慣例轉(zhuǎn)速電機(jī)。
高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子線速度的添加導(dǎo)致轉(zhuǎn)子所接受的離心力增大，永磁體難以接受較大的拉應(yīng)力，簡單引起永磁體的損壞。一般，在高速表貼式永磁轉(zhuǎn)子外加裝屈從強(qiáng)度較高的護(hù)套，使永磁體接受的壓應(yīng)力或高速下永磁體所接受的拉應(yīng)力在答應(yīng)范圍內(nèi)，一起亦要確維護(hù)套的安全可靠。
有學(xué)者選用解析核算與有限元法剖析了各向同性金屬護(hù)套高速永磁轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度，為高速永磁轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度核算供給了有意義的參閱。有學(xué)者根據(jù)簡化的應(yīng)力解析法核算了高速表貼式永磁轉(zhuǎn)子碳纖維護(hù)套的應(yīng)力散布，并剖析了極弧系數(shù)小于1時彎曲應(yīng)力對護(hù)套等效應(yīng)力的影響，但簡化解析模型核算誤差較大。
有學(xué)者從高速永磁發(fā)電機(jī)的電磁功能動身，選用有限元法剖析了不同護(hù)套資料對高速永磁發(fā)電機(jī)的損耗、輸出電壓、溫度等特性的影響。有學(xué)者剖析了不同護(hù)套資料應(yīng)用于高速永磁轉(zhuǎn)子中對轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度的影響，從機(jī)械強(qiáng)度視點(diǎn)動身，總結(jié)了不同護(hù)套資料下永磁轉(zhuǎn)子的規(guī)劃規(guī)則，但其解析核算模型疏忽了永磁體與轉(zhuǎn)軸間的邊界條件。
永磁轉(zhuǎn)子和定子的桔構(gòu)圖
有學(xué)者選用多物理場耦合核算辦法剖析了不同護(hù)套資料下高速永磁轉(zhuǎn)子強(qiáng)度、永磁體尺度、轉(zhuǎn)子動力學(xué)功能等特性，為高速永磁轉(zhuǎn)子的優(yōu)化規(guī)劃供給了參閱。有學(xué)者根據(jù)電磁有限元與三維流體場辦法，針對一臺60000r/min的高速永磁發(fā)電機(jī)，剖析了合金護(hù)套高速永磁轉(zhuǎn)子的損耗與溫升散布，驗(yàn)證了高速永磁轉(zhuǎn)子溫升核算的有效性。
有學(xué)者建立了碳纖維護(hù)套維護(hù)下的應(yīng)力解析核算模型，但未計(jì)及溫度的影響要素。有學(xué)者選用有限元法剖析了合金護(hù)套外表開槽對轉(zhuǎn)子渦流損耗、永磁體溫升、轉(zhuǎn)子應(yīng)力的影響，提出了合金護(hù)套下高速永磁轉(zhuǎn)子渦流損耗的按捺辦法。
本文建立了三層合作下的表貼式永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力解析核算模型，并根據(jù)該解析核算模型對額定功率15kW、轉(zhuǎn)速30000r/min的電機(jī)護(hù)套進(jìn)行了規(guī)劃，經(jīng)過有限元法對解析核算模型的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。剖析了碳纖維護(hù)套與鈦合金護(hù)套維護(hù)下的轉(zhuǎn)子應(yīng)力散布特性以及極間填充資料、溫度對轉(zhuǎn)子應(yīng)力的影響規(guī)則；建立了高速永磁轉(zhuǎn)子渦流損耗與溫升的核算模型，剖析了不同護(hù)套資料、不同極間填充資料對轉(zhuǎn)子渦流損耗與永磁體溫升的影響。
在上述核算剖析基礎(chǔ)上，完成了一臺高速表貼式永磁電機(jī)的規(guī)劃與制作，并進(jìn)行了試驗(yàn)測驗(yàn)，成果證明了本文核算剖析的正確性。
定論
本文選用解析核算與有限元辦法剖析了不同護(hù)套資料、不同極間填充資料下高速永磁轉(zhuǎn)子的應(yīng)力散布、渦流損耗散布與永磁體溫升，得出如下定論：
1）建立了三層合作下的高速表貼式永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力解析核算模型，并在解析核算模型上鉤及了溫升的影響要素，經(jīng)過有限元法驗(yàn)證了解析核算模型的正確性。
2）相同過盈量下，碳纖維護(hù)套與永磁體間的接觸壓力大于鈦合金護(hù)套與永磁體間的接觸壓力，反之，在確保接觸壓力持平的情況下，碳纖維護(hù)套與永磁體間的過盈量小于鈦合金護(hù)套與永磁體間的過盈量，碳纖維護(hù)套應(yīng)力受溫度的影響較大，在碳纖維護(hù)套規(guī)劃中要注意校核其熱態(tài)下的應(yīng)力。
3）關(guān)于極弧系數(shù)小于1的永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，受彎曲應(yīng)力的影響，護(hù)套在極間的等效應(yīng)力添加，關(guān)于高速永磁轉(zhuǎn)子，極弧系數(shù)規(guī)劃為1有利于護(hù)套等效應(yīng)力的均勻散布，進(jìn)步轉(zhuǎn)子可靠性。
4）碳纖維護(hù)套維護(hù)下的永磁體溫升高于鈦合金護(hù)套。碳纖維護(hù)套維護(hù)下，PVC塑料填充資料的永磁體溫升最低；鈦合金護(hù)套維護(hù)下，PVC塑料、鋁合金、不銹鋼作為填充資料時，永磁體溫升根本持平。 | 
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