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解析永磁电机转子护套的设计工作原理(永磁电机转子装配)

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-02-18   来源:风电滑环   作者:风电齿轮箱   浏览次数:96
核心提示:高速永磁电机具有高功率密度、高效率等优点,因此广泛应用于离心式压缩机、飞轮储能等领域。高速电机运行时,转子各部件受到巨大的离心力作用,因此常采用带转子护套的表贴式永磁转子结构,以保证永磁体的安全。常见的转子护套材料主要包括高强度金属材料(如钛合金、Inconel合金)和高强度复合材料(如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维)两类,其物理属性有很大差异:金属护套导电性好,护套中的涡流损耗大,但其热导率高,转子散热容易;纤维护套电导率很低,护套中几乎没有涡流和损耗,但其导热性差,转子散热困难。因此,护套材料对于高速电机

   

高速永磁电机具有高功率密度、高效率等优点,因此广泛应用于离心式压缩机、飞轮储能等领域。
高速电机运行时,转子各部件受到巨大的离心力作用,因此常采用带转子护套的表贴式永磁转子结构,以保证永磁体的安全。
常见的转子护套材料主要包括高强度金属材料(如钛合金、Inconel合金)和高强度复合材料(如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维)两类,其物理属性有很大差异:金属护套导电性好,护套中的涡流损耗大,但其热导率高,转子散热容易;纤维护套电导率很低,护套中几乎没有涡流和损耗,但其导热性差,转子散热困难。
因此,护套材料对于高速电机转子涡流损耗与温升具有显著的影响。
转子护套厚度的设计受到多物理场的共同约束。
从应力的角度,护套必须有足够的厚度与合适的过盈量以保证高速下转子的安全;而从电磁设计的角度,护套应尽可能薄,因为护套与电机的实际气隙共同构成了电机的电磁气隙,护套厚度会直接影响电磁设计的可行范围。
对于给定的电磁气隙,护套厚度最小化(即实际气隙最大化)有以下优势:1)减小导电类护套中的涡流损耗:2)降低护套的材料成本;3)降低转子的装配难度;4)减少转子重量,减轻轴承负荷:5)降低转子风摩损耗。
对于通过气隙通风冷却的电机,增大实际气隙还能减小气隙的空气流阻、增强转子表面的对流换热。
综 上,在满足应力要求的前提下,护套厚度的最小化可作为护套设计的主要目标。
以一台250kW,25kr/min的高速永磁电机为例,分别通过解析和有限元方法对其转子应力进行分析。
经初步电磁计算,确定了转子采用外半径为44mm、厚度为8mm的钕铁硼永磁体及45号钢转轴。
由于各向同性材料为各向异性材料的特例,以各向异性的碳纤维材料为例进行验证,其厚度暂定为2mm,与永磁体间的过盈量为0.3mm。
安全起见,应力计算均考虑1.2倍额定转速(30 kr/min),安全系数取1.5,经解析计算和有限元分析,有限元分析结果;拉应力为正值,压应力为负值。

 
关键词: 风电网 风力发电
 
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