高速电机保护套设计和转子介绍

电机高速旋转时，转子会受到很大的离心力，因此转子强度分析和保护套设计对于高速电机的设计非常关键。目前对于高速永磁电机的转子强度分析主要是针对转子高速旋转时的稳态应力分析，以确保永磁体所承受的应力是否超过许用应力，从而保证转子的稳定运行。由于大多数高速永磁电机使用钕铁硼永磁材料，该材料的抗压强度较大，但抗拉强度较小，因此对于内转子电机结构的永磁体，必须采取保护措施。

目前最常用的保护措施主要有两种：一种是使用碳纤维绑扎永磁体，另一种是在永磁体外部加装高强度非导磁合金保护套。然而，合金护套的电导率较大，会产生较大的涡流损耗，碳纤维护套的电导率远远小于合金护套，可以有效抑制涡流损耗。然而，碳纤维护套的热导率较差，难以散热，且加工工艺复杂，对加工精度要求较高。对于高速外转子永磁电机而言，不需要采取保护措施，因此对转子应力分析的研究较少。

高速电机的铁耗和铜耗的计算方法与一般电机有较大的区别。对于普通电机，磁场的谐波频率较低，转子涡流损耗可以忽略不计。然而，对于高速永磁电机来说，转子涡流损耗较大，给电机的散热带来了严重困扰，而且在过高的温度下，永磁体会发生不可逆的退磁现象。因此，对于高速电机来说，合理的电磁设计和准确的损耗计算是关键问题之一。

在高速电机中，由于工作频率较高，定子铁心损耗成为电机的主要损耗，对电机的效率和发热性能起到主导作用。目前，比较经典的定子铁耗计算方法是建立Bertotti铁耗分立计算模型，将铁耗分为磁滞损耗、经典涡流损耗和异常涡流损耗三个部分。

由于高速电机的铁耗与磁通密度分量的幅值有关，为了准确计算损耗，还需要分析电机内部的电磁场。芬兰赫尔辛基大学和瑞典斯德哥尔摩皇家技术学院对高速电机内部的电磁场进行了详尽的分析。转子的损耗主要包括转子空气摩擦损耗和转子涡流损耗。转子涡流损耗主要由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口引起的气隙磁导变化所产生。这是一个较长的话题，需要更详细的讨论。