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高速永磁电机转子护套的强度分析

发布于:2016-05-12 21:29
强度分析

      由电动机的运行原理能够知道,当转矩一定时,电机的输出功率和转速是成正比的,即通过增加转速可提高电机的输出功率。高速电机的应用领域越来越广泛,如高速磨床和其它加工机床设备、高速飞轮形式的储能系统、天然气管道中采用的离心压缩机和鼓风机以及分析设备中的真空泵等。近年来,应用于分布式供电系统的微型燃气轮机驱动发电机的技术越来越受到关注。小型燃气轮机由于不需要驱动传统低速电机必须的减速器,不但能够提高电机工作效率,而且还提高了运行的可靠性。永磁电机由于其结构简单、力能密度高、无励磁损耗和效率高等优点,最适合用于高速电机。
      转子设计是高速水磁电机设计的关键,瑞典斯德哥尔摩皇家技术学院对高速永磁发电机进行了较深入的研究,制造了一台额定转速为100000 r/m 额定功率为20KW的高速电机。该电机转子采用非导磁钢对永磁体进行了保护,文献对电机转子进行了简单的应力计算。文献中,高速电机转子上永磁体表面采用碳纤维绑扎,国内对高速电机转子的结构研究还处于起步阶段。文献探讨了高速异步电机转子设计面临的问题,文献分析了高速永磁同步电机转子设计的关键问题。本研究着重论述利用有限元法进行转子强度分析的实用技术。
      高速永磁电机采用烧结钱铁硼永磁材料,烧结钱铁硼是一种类似于粉末冶金的永磁材料,能承受较大的压应力1000 MPa,但这种材料却不能承受大的拉应力,其抗拉强度低于抗压强度的十分之一。如果材料没有一定的保护措施,永磁体无法承受转子高速旋转时产生的巨大离心力。
      目前,保护永磁体的措施有两种:一种保护方法是用采用碳纤维对永磁体进行绑扎,另外一种是在永磁体外面加一高强度非导磁保护套。与常规的采用非导磁钢保护套相比,碳纤维绑扎带的厚度要小,而且不产生高频涡流损耗。然而,碳纤维是热的不良导体,不利于永磁转子的散热。因此,本研究采用外加保护套的高速电机永磁转子结构,如图所示。
      转子永磁体和护套的主要尺寸和材料属性如表所示,永磁体外径,护套内径,它们之间的过盈量为0.26mm,对转子进行强度分析的主要目的,是通过转子静止和转子高速旋转时的稳态应力分析,校验永磁体和护套是否能够承受所允许的应力,在保证高速电机的安全运行的前提下,由于永磁体能够承受很大的压应力而不能承受较大的拉应力,永磁体和保护套之间可以采用大过盈配合,使永磁体静态承受一定的预压应力。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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