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高速永磁電機(jī)由于具有效率高、功率密度大、體積小，特別是省去增速箱等諸多優(yōu)點(diǎn)，在壓縮機(jī)、飛輪儲(chǔ)能、電主軸以及高速機(jī)床得到越來越廣泛的應(yīng)用。
永磁電機(jī)采用燒結(jié)鐵硼永磁材料，其抗壓強(qiáng)度較大而抗拉強(qiáng)度很小(一般<80MPa)，在高速電機(jī)轉(zhuǎn)子離心力成為主要載荷的情況下，考慮到永磁體難以承受巨大的離心力，必須對(duì)永磁體采取保護(hù)措施。
目前，最常用的保護(hù)措施一種是采用碳纖維綁扎永磁體，另外一種是在永磁體外面加一高強(qiáng)度非導(dǎo)磁合金保護(hù)套。有學(xué)者對(duì)一臺(tái)60000r/min的高速永磁電機(jī)設(shè)計(jì)了合金保護(hù)套，并對(duì)靜止和旋轉(zhuǎn)等不同工況下的轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行了理論分析和二維有限元計(jì)算，理論分析和有限元分析結(jié)果相吻合。另外一些學(xué)者用有限元法對(duì)高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)力進(jìn)行了分析，對(duì)一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速60000r/min的高速永磁電機(jī)，分析了過盈量求解以及護(hù)套和永磁體的應(yīng)力的解析法，并用Ansys Workbench分析了護(hù)套和永磁體的應(yīng)力，理論計(jì)算值與有限元仿真結(jié)果接近。還有一些研究人員推導(dǎo)出了兩層過盈配合、三層過盈配合轉(zhuǎn)子的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、位移場(chǎng)的解析公式，并利用有限元方法驗(yàn)證了解析公式的正確性，同時(shí)以一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速120000r/min，10kW的高速永磁同步電機(jī)為例，給出了兩種常用過盈配合高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。
但以上研究都只是針對(duì)合金保護(hù)套，沒有涉及碳纖維復(fù)合材料保護(hù)套。其中一些學(xué)者用3D實(shí)體單元分析計(jì)算了飛輪儲(chǔ)能復(fù)合材料轉(zhuǎn)子工作時(shí)的應(yīng)力分布。研究人員對(duì)飛輪儲(chǔ)能非均質(zhì)各向異性復(fù)合轉(zhuǎn)子，建立了計(jì)算模型，得到了復(fù)合材料飛輪在工作轉(zhuǎn)速下的應(yīng)力和位移的解析公式，并分析了不同材料對(duì)應(yīng)力、位移分布的影響。對(duì)飛輪儲(chǔ)能三層復(fù)合材料轉(zhuǎn)子推導(dǎo)了應(yīng)力和位移的解析公式，并對(duì)復(fù)合飛輪進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外，用解析法和3D有限元法計(jì)算了碳纖維和玻璃絲纖維兩層復(fù)合飛輪的應(yīng)力與位移分布。
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