碳纤维绑扎防护套的应用分析

  由于表贴式高速永磁电机具有结构简单、能量密度大效率高等优点,成为高速电机领域的研究热点之一。高速永磁电机中常用的永磁材料主要有。铝镍钴永磁材料、铁氰体永磁材料和稀土永磁材料,其中稀土水磁材料具有高剩磁、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线等优异的磁性能,很适合在永磁电机中使用。但稀土永磁材料的抗压强度大而抗拉强度小,表贴式高速永磁电机转子上的永磁体难以承受由转子高速旋转产生的巨大离心力的作用,因此,必须对电机转子上的永磁体采取专门的保护措施。

  通常,表贴式高速永磁电机转子永磁体的保护一般采用两种方法:一种是在永磁体外采用高强度的复合材料,如用碳纤维或玻璃纤维进行绑扎;另一种方法是在永磁体的外层设置一高强度的非导磁金属保护套。与采用非导磁金属护套相比,高强度的碳纤维复合材料绑扎带的厚度小,而且不产生高频涡流损耗,同时也避免了金属护套在热套过程中可能使永磁体发生退磁的问题。

  采用高强度碳纤维绑扎防护套的不足在于复合材料是热的不良导体,不利于永磁转子的散热。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,为了保证永磁体内表面与内转子铁芯以及永磁体外表面与碳纤维保护套之间在转子高速旋转条件下不会出现松动,绑扎带需要对永磁体有一定的预紧力,以补偿高速旋转时离心力产生的变形。

  利用在永磁体的外层设置一高强度的非导磁金属保护套的表贴式高速永磁电机的强度问题已有大量的研究,但对永磁体外用碳纤维绑扎方式的表贴式高速永磁电机强度问题的研究还很不足。研究人员用有限元前后分析及处理系统对72000r/min的高速永磁电机的转子结构进行了应力应变分析。在该台样机中,永磁体采用环状结构,永磁体保护方式采用外设碳纤维保护套结构。

  目前,表贴式高速永磁电机的转子强度分析主。要采用有限元法,但是有限元法存在建模复杂和计算收敛困难等问题,转子强度分析的解析计算方法则主要集中在环形永磁体或圆柱永磁体的转子结构,而对于分块永磁体结构表贴式高速永磁电机的永磁体和碳纤维保护套的强度分析的解析计算方法还鲜见报道。