为研究高速永磁电机在高转速工作条件下的振动特性,将其简化为转子-轴承系统,建立数学模型,利用Runge-Kutta法进行计算,得出支承刚度、阻尼、加速度和支承位置对转子振动特性的影响。研究结果表明:改变支承刚度可以改变临界转速值,不改变临界转速对应的最大振幅值;增大阻尼可以降低振幅值,不改变系统的临界转速值;增大转子的加速度可以降低最大振动幅值,但会增加系统的控制力矩;y方向支承位置改变产生的振动幅值大于x方向支承位置改变产生的振动幅值,且轴承在靠近轴承推力盘的位置产生的振幅大。最后可以通过控制加速度和刚度的方法来降低振动幅值,避开共振区。

磁钢相对脆弱,保证磁钢结构强度在安全范围内是高速电机设计的一个要点。依靠护套和磁钢过盈配合产生的压力能确保高速电机磁钢不碎裂。为确保电机安全运行,必须根据转子转速、外径等参数对护套厚度和过盈量进行计算和校核。对3种常见磁钢结构进行比较,选择使用实心圆柱结构;通过计算和分析得出如何选择护套的材料、厚度、过盈量;考虑离心力、过盈配合,分析并设计某70 000 r/min永磁同步电机的转子。研究结果为设计高速永磁电机的磁钢和护套提供参考。

针对高速永磁电机的设计特点,就某新型高速永磁电机的结构特征进行重点论述,在设计该电机的定子腔结构时,用倾斜槽替代了传统用的平槽,采用理论分析和有限元方法相结合的手段对该电机的结构进行了分析,磁场分析结果显示,采用倾斜槽结构有效地减少了系统的漏磁,整个磁路设计合理;在采用过盈装配工艺进行结合的护套和永磁体在静止和高速状态下都能保持适当的界面压力,实现转子护套对永磁体的有效保护;通过其物理模型计算得到转子系统只有一个较低的临界转速。结果表明该类型高速永磁电机结构合理,安全可靠,且在高速运转过程中很快跨越较低的临界转速,升速过程运转平稳。