張炳義，劉利軍，姜瑞雪，邢妍，馮桂宏

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) a.電氣工程學(xué)院；b.機(jī)械工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110870)

兆瓦級(jí)超高速內(nèi)置式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)優(yōu)化*

張炳義a，劉利軍b，姜瑞雪a，邢妍b，馮桂宏a

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) a.電氣工程學(xué)院；b.機(jī)械工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110870)

為了解決兆瓦級(jí)超高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子圓周速度大帶來(lái)的機(jī)械與電氣問(wèn)題，文章提出一種疊片內(nèi)置磁鋼，間隔高強(qiáng)度非導(dǎo)磁加強(qiáng)筋嵌入的磁極結(jié)構(gòu)。針對(duì)同一工程實(shí)際需求，設(shè)計(jì)并對(duì)比了三種轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)，分析了各自特點(diǎn)。通過(guò)等效環(huán)法計(jì)算轉(zhuǎn)子強(qiáng)度，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)場(chǎng)仿真驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。針對(duì)機(jī)械分析的可行結(jié)構(gòu)，利用電磁性能仿真軟件進(jìn)行電氣性能分析，對(duì)比三種結(jié)構(gòu)的電磁性能。結(jié)果表明，采用非導(dǎo)磁高強(qiáng)度加強(qiáng)筋的新型內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度好，電磁性能優(yōu)異，磁鋼用量更少。

兆瓦級(jí)；超高速；永磁電機(jī)；內(nèi)置式；磁極結(jié)構(gòu)

0 引言

兆瓦級(jí)超高速永磁電機(jī)具有體積小、功率密度大、無(wú)刷、效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以直接與負(fù)載相連，特別適合高速離心式壓縮機(jī)、儲(chǔ)能飛輪、飛機(jī)或艦載供電設(shè)備等分布式發(fā)電系統(tǒng)[1-3]。此類電機(jī)應(yīng)用中的突出問(wèn)題是，轉(zhuǎn)子圓周速度大，在離心力作用下轉(zhuǎn)子外沿的機(jī)械強(qiáng)度問(wèn)題，為了加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度導(dǎo)致的電機(jī)性能與成本的變化問(wèn)題。永磁電機(jī)采用燒結(jié)釹鐵硼永磁材料，其抗壓強(qiáng)度較大而抗拉強(qiáng)度很小(一般≤80MPa)，在超高速電機(jī)中，轉(zhuǎn)子離心力成為主要載荷，為避免永磁體承受巨大離心力，必須對(duì)其采取保護(hù)措施[4-5]。電機(jī)的磁鋼安裝形式分為表貼式和內(nèi)置式。表貼式電機(jī)通常的做法是在永磁體表面加高強(qiáng)度非導(dǎo)磁合金護(hù)套。文獻(xiàn)[6]對(duì)一臺(tái)80kW表貼式高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子強(qiáng)度進(jìn)行了研究，使用解析法研究了過(guò)盈量、保護(hù)套筒厚度與轉(zhuǎn)子機(jī)械性能之間的關(guān)系。文獻(xiàn)[7]推導(dǎo)出了兩層過(guò)盈配合、三層過(guò)盈配合轉(zhuǎn)子的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、位移場(chǎng)的解析公式，并利用有限元方法予以驗(yàn)證。文獻(xiàn)[8]分別對(duì)碳纖維綁扎永磁體保護(hù)套和合金保護(hù)套在不同工況下的轉(zhuǎn)子應(yīng)力分布進(jìn)行了解析法推導(dǎo)和有限元驗(yàn)證。而內(nèi)置式電機(jī)通常采取增加隔磁橋厚度和對(duì)永磁體進(jìn)行分段的方法來(lái)提高轉(zhuǎn)子強(qiáng)度。文獻(xiàn)[9]采用等效環(huán)法對(duì)內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子的應(yīng)力進(jìn)行了解析計(jì)算，建立了隔磁橋厚度與最高轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)關(guān)系，并基于有限元法分析深埋式永磁轉(zhuǎn)子的應(yīng)力分布。文獻(xiàn)[10]利用有限元法分析計(jì)算了高速永磁同步電機(jī)超速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子鐵心隔磁橋處的應(yīng)力分布。文獻(xiàn)[11]利用有限元法計(jì)算了內(nèi)置式高速電機(jī)轉(zhuǎn)子受力情況，同時(shí)研究了永磁體進(jìn)行分段對(duì)減小應(yīng)力的貢獻(xiàn)和對(duì)電磁性能的影響。

表貼式護(hù)套增加了電機(jī)氣隙，致使磁鋼用量和表面損耗加大。普通內(nèi)置式磁極結(jié)構(gòu)氣隙間隙小，但漏磁大，且存在磁極沖片強(qiáng)度不足等問(wèn)題。本文針對(duì)同一工程實(shí)例，設(shè)計(jì)了表貼式、普通內(nèi)置式和新型內(nèi)置式三種轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)，新型內(nèi)置式結(jié)構(gòu)嵌入了沙漏形狀的高強(qiáng)度非導(dǎo)磁加強(qiáng)筋，承擔(dān)轉(zhuǎn)子部分的最大拉應(yīng)力。采用等效環(huán)法分別對(duì)三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析計(jì)算，利用電磁性能仿真軟件對(duì)滿足機(jī)械強(qiáng)度要求的結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁性能仿真分析，對(duì)比三者的機(jī)械與電氣性能。

1 傳統(tǒng)表貼式結(jié)構(gòu)分析

交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的額定速度可以按照?qǐng)D1所示劃分，500～3000r/min的速度，屬于常規(guī)工頻電壓與電機(jī)極數(shù)確定的速度，是基本速度。介于50～500r/min的為低速電機(jī)，低于50r/min的稱為超低速電機(jī)。3000～10000r/min叫做高速電機(jī)。本文要研究的兆瓦級(jí)超高速永磁電機(jī)屬于轉(zhuǎn)速大于10000r/min超高速范疇。

圖1 電機(jī)轉(zhuǎn)速分類

本文以某艦載高速壓縮機(jī)直驅(qū)永磁電機(jī)為例，其基本需求參數(shù)如表1所示。根據(jù)表1中基本參數(shù)需求，設(shè)計(jì)成表貼式磁極結(jié)構(gòu)。電機(jī)轉(zhuǎn)子部分見(jiàn)圖2，采用燕尾槽定位磁鋼，外部采用非導(dǎo)磁鈦合金護(hù)套固定，護(hù)套與磁鋼之間采用過(guò)盈配合。轉(zhuǎn)子材料的物理性能由廠家提供，參數(shù)如表2所示。

表1 電機(jī)參數(shù)表

圖2 表貼式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

物理性能永磁體 護(hù)套密度7.4g/cm34.44g/cm3彈性模量110GPa110GPa泊松比0.240.28屈服強(qiáng)度75MPa860MPa

由于永磁體和護(hù)套都為環(huán)形結(jié)構(gòu)，忽略護(hù)套和永磁體的軸向伸長(zhǎng)量，可以利用高等材料力學(xué)的厚壁筒理論進(jìn)行分析[12]，將其簡(jiǎn)化為兩個(gè)厚壁圓柱套筒的過(guò)盈配合。使用有限元分析軟件進(jìn)行仿真，經(jīng)多次調(diào)整護(hù)套厚度和過(guò)盈量保證了機(jī)械強(qiáng)度，得到了兩者的等效應(yīng)力如圖3所示。

(a)磁鋼等效應(yīng)力

(b)護(hù)套等效應(yīng)力圖3 磁鋼與護(hù)套等效應(yīng)力云圖

磁鋼的等效應(yīng)力范圍是29.21～43.553MPa，護(hù)套的等效應(yīng)力范圍是291.27～322.47MPa，均小于各自的屈服強(qiáng)度。但此時(shí)過(guò)盈量為0.85mm，護(hù)套的厚度為5mm，導(dǎo)致氣隙過(guò)大，電機(jī)反電勢(shì)降低，磁鋼用量增加。經(jīng)計(jì)算，磁鋼用量為31.728kg。

2 普通內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析

由于表貼式電機(jī)中護(hù)套的厚度會(huì)加大電機(jī)氣隙，導(dǎo)致氣隙磁密降低，需要增加磁鋼用量來(lái)彌補(bǔ)。由于護(hù)套為實(shí)心整板結(jié)構(gòu)，電機(jī)定子齒槽以及氣隙諧波磁場(chǎng)會(huì)在護(hù)套表面產(chǎn)生渦流損耗，影響電機(jī)效率，該損耗產(chǎn)生的熱會(huì)威脅磁鋼的安全。解決這些問(wèn)題的有效方法是將磁鋼內(nèi)置。由文獻(xiàn)[11]可知，普通內(nèi)置式電機(jī)采用一字型分三段的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最好，適合于超高速電機(jī)。因此同樣依據(jù)表1中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了圖5所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。經(jīng)計(jì)算，磁鋼用量為29.565kg。

由文獻(xiàn)[10]可知，電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，最大應(yīng)力作用和形變效果主要由離心力決定，根據(jù)這一機(jī)理，采用文獻(xiàn)[9]的等效環(huán)法對(duì)本例進(jìn)行計(jì)算，將隔磁橋和永磁體的重力等效到一環(huán)形結(jié)構(gòu)上，圓環(huán)厚度由隔磁橋的最窄處厚度所決定，該等效環(huán)原理見(jiàn)圖4。圖中ri為等效環(huán)的內(nèi)徑，ro為等效環(huán)的外徑，hr為等效環(huán)的厚度。

圖4 等效環(huán)結(jié)構(gòu)

計(jì)算等效環(huán)的等效密度如以下公式：

(1)

其中:ρm、Sm分別為永磁體材料的密度和它在軸截面上的面積;ρFe、SFe分別為轉(zhuǎn)子上鐵心橋部分的密度和所占面積;Seqv為等效環(huán)面積；ρeqv為計(jì)算所得的等效環(huán)的密度;等效后，計(jì)算等效環(huán)在最高轉(zhuǎn)速nmax時(shí)的剪切應(yīng)力為:

(2)

由圓形槽邊緣效應(yīng)可知，最大應(yīng)力σmax位于槽邊緣處，即：

σmax=2σeqv

(3)

轉(zhuǎn)子鐵心材料的最大應(yīng)力必須小于其屈服強(qiáng)度σs，本例采用的冷軋無(wú)取向硅鋼片材料50W310的屈服強(qiáng)度Rp0.2=405MPa。因此，有以下關(guān)系：

σmax

(4)

采用有限元分析軟件進(jìn)行建模求解，考慮到在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，磁鋼尖角與硅鋼片接觸處的集中應(yīng)力較大，同一極多段磁鋼之間加強(qiáng)筋處的拉力也較大，因此在這幾處局部細(xì)化網(wǎng)格能更好地反映危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)力結(jié)果。網(wǎng)格劃分如圖5所示，對(duì)模型賦予表3中的材料物理性能，分析結(jié)果如圖6所示，最大應(yīng)力為1286MPa，與解析計(jì)算結(jié)果非常接近。

圖5 轉(zhuǎn)子沖片網(wǎng)格劃分情況

物理性能永磁體硅鋼片密度7.4g/cm37.7g/cm3彈性模量110GPa195GPa泊松比0.240.25屈服強(qiáng)度780MPa405MPa

為了減小應(yīng)力，需要加寬加強(qiáng)筋，并對(duì)磁鋼倒圓角。經(jīng)過(guò)多方案建模與仿真，得到了磁鋼倒圓角前后的沖片最大應(yīng)力與加強(qiáng)筋寬度之間的數(shù)值關(guān)系，繪制成兩條曲線，如圖7所示。

圖6 轉(zhuǎn)子應(yīng)力云圖

圖7 應(yīng)力最大值隨加強(qiáng)筋寬度變化曲線

3 新型內(nèi)置式磁極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子應(yīng)力最大的部分是同一極多段磁鋼之間的加強(qiáng)筋以及隔磁橋處，這兩部分的應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)了硅鋼片的許用應(yīng)力；另外，靠增加隔磁橋?qū)挾葋?lái)提高機(jī)械強(qiáng)度的做法會(huì)增大漏磁。為了同時(shí)解決這兩個(gè)問(wèn)題，本文提出了將加強(qiáng)筋和隔磁橋處換成結(jié)構(gòu)沙漏形狀的非導(dǎo)磁高強(qiáng)度材料予以代替。本文選取屈服強(qiáng)度為490MPa的不銹鋼1Cr13Mo，改進(jìn)設(shè)計(jì)使其滿足強(qiáng)度要求。且利用不銹鋼是一種非導(dǎo)磁合金鋼，來(lái)減少主磁路漏磁。加強(qiáng)筋主要是受徑向拉應(yīng)力，因此把不銹鋼加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)成能夠承受拉應(yīng)力的沙漏形結(jié)構(gòu)，如圖8所示。

經(jīng)計(jì)算，在滿足相同需求的前提下，電機(jī)的磁鋼用量為23.709kg。同樣采用等效環(huán)法計(jì)算(加強(qiáng)筋部分為過(guò)盈配合，與沖片看作一體)，等效環(huán)上的剪切應(yīng)力為σeq= 427MPa，則轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部永磁體邊緣切向應(yīng)力為854MPa。

圖8 不銹鋼加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)

在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，磁鋼會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子有離心力的作用。由公式F=mrω2可知，r越大，離心力越大，而不銹鋼加強(qiáng)筋比磁鋼更靠近轉(zhuǎn)子外緣，為了避免產(chǎn)生更大的離心力產(chǎn)生適得其反的效果，對(duì)加強(qiáng)筋與沖片采取緊配合。在仿真中，對(duì)加強(qiáng)筋與沖片之間的所有接觸面均設(shè)置為綁定接觸，保證兩者之間不發(fā)生任何方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁鋼靠近轉(zhuǎn)子外緣的面與沖片之間為綁定接觸，其余部分不作設(shè)置。分析結(jié)果如圖9所示。

圖9 轉(zhuǎn)子應(yīng)力云圖

由圖可知，采用不銹鋼加強(qiáng)筋后，最大應(yīng)力為860.5MPa，與解析計(jì)算結(jié)果非常接近，相比原來(lái)傳統(tǒng)內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，應(yīng)力減小了許多。也就是說(shuō)，在滿足同樣電磁性能的條件下，改進(jìn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更好。這是因?yàn)?，在原?lái)的結(jié)構(gòu)中，為了避免更多的漏磁，通常盡可能使磁鋼靠近轉(zhuǎn)子外緣以減小隔磁橋的厚度，這樣就勢(shì)必會(huì)削弱隔磁橋處的強(qiáng)度。采用不銹鋼隔磁后，隔磁橋?qū)嶋H上變成了不銹鋼加強(qiáng)筋到轉(zhuǎn)子外緣的距離了，因此磁鋼可以更靠近電機(jī)軸，產(chǎn)生的離心力會(huì)隨之變小。

但是觀察應(yīng)力云圖可知，在磁鋼和加強(qiáng)筋的尖角處還是會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，仍然不滿足強(qiáng)度要求。因此對(duì)產(chǎn)生應(yīng)力集中的部分倒圓角。將尖角改為半徑為3mm的圓角。此外，將圖9的變形放大200倍并將磁鋼的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)顯示出來(lái)如圖10所示。我們發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)筋上的拉應(yīng)力很小，僅為180.34MPa，而所選的不銹鋼材料1Cr13Mo的屈服強(qiáng)度為490MPa，可見(jiàn)加強(qiáng)筋的抗拉作用并沒(méi)有高效地發(fā)揮出來(lái)。為了提高加強(qiáng)筋的抗拉作用，繪制了圖11所示受力分析示意圖，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鋼會(huì)對(duì)沖片產(chǎn)生徑向向外FT的作用力，從而沖片對(duì)加強(qiáng)筋產(chǎn)生FN1和FN2的正壓力，將這兩處力分別沿徑向和垂直于徑向分解，得到了FN1V，F(xiàn)N1H，F(xiàn)N2V，F(xiàn)N2H四個(gè)力，其中FN1H，F(xiàn)N2H等大反向，互相抵消而FN1V，F(xiàn)N2V則是加強(qiáng)筋上產(chǎn)生拉應(yīng)力的宏觀因素，其中，

FN1V=FN1sinφ

(5)

FN2V=FN2sinφ

(6)

圖10 轉(zhuǎn)子應(yīng)力云圖放大效果

圖11 加強(qiáng)筋受力分析示意圖

由式(5)、式(6)可知，φ角越大，F(xiàn)N1V，F(xiàn)N2V越大，加強(qiáng)筋的抗拉效果越明顯，而幾何上θ=φ，因此只要適當(dāng)增大θ，就能使加強(qiáng)筋更高效地承擔(dān)拉應(yīng)力。

根據(jù)以上分析，將轉(zhuǎn)子改進(jìn)為如圖12所示結(jié)構(gòu)。磁鋼已倒圓角，且加強(qiáng)筋上下兩頭角度加大并與磁鋼貼合在一起以更好地承擔(dān)拉應(yīng)力。將加強(qiáng)筋寬度進(jìn)行參數(shù)化后，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次有限元仿真，得到了6組數(shù)據(jù)繪制成曲線。與圖6中圓角磁鋼曲線整合到一張圖中以方便比較，如圖13所示。該圖中從上到下依次為普通內(nèi)置式?jīng)_片的應(yīng)力曲線，新型內(nèi)置式轉(zhuǎn)子加強(qiáng)筋應(yīng)力曲線和新型內(nèi)置式轉(zhuǎn)子沖片的應(yīng)力曲線。經(jīng)對(duì)比可知，新型沖片的應(yīng)力相比普通沖片減小得十分明顯，且加強(qiáng)筋寬度在2.0～4.0mm范圍內(nèi)沖片應(yīng)力均能夠保證在其屈服應(yīng)力以下，轉(zhuǎn)子的最大應(yīng)力主要由不銹鋼加強(qiáng)筋承擔(dān)。由曲線可知，當(dāng)加強(qiáng)筋寬度達(dá)到3.6mm時(shí)，不銹鋼加強(qiáng)筋上的應(yīng)力為480MPa左右，低于其屈服應(yīng)力490MPa。為了留出一定的安全裕量，取加強(qiáng)筋寬度為4mm。應(yīng)力分布如圖14、圖15所示。因此，該結(jié)構(gòu)能夠滿足超高轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的機(jī)械強(qiáng)度要求。

圖12 改進(jìn)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

圖13 最大應(yīng)力隨加強(qiáng)筋寬度變化曲線

圖14 加強(qiáng)筋應(yīng)力云圖

圖15 沖片應(yīng)力云圖

4 電氣性能對(duì)比

分別對(duì)三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁仿真，得到了磁力線分布如圖16所示。表貼式轉(zhuǎn)子由于不存在隔磁橋，漏磁僅在氣隙中產(chǎn)生，因而漏磁較少；普通內(nèi)置式轉(zhuǎn)子在加強(qiáng)筋和隔磁橋處漏磁較多，是由于這兩處尺寸較大的緣故；而新型內(nèi)置式轉(zhuǎn)子在不銹鋼加強(qiáng)筋處幾乎沒(méi)有漏磁，這是因?yàn)椴讳P鋼是非導(dǎo)磁合金鋼，具有隔磁的作用；隔磁橋盡管有漏磁，但是仍然比普通內(nèi)置式轉(zhuǎn)子漏磁少?？梢?jiàn)，表貼式的漏磁最少，新型內(nèi)置式次之，普通內(nèi)置式最差。但是新型內(nèi)置式仍然能很好地滿足使用要求。

(a)表貼式

(b)普通內(nèi)置式

(c)新型內(nèi)置式圖16 三種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的磁力線分布

對(duì)比三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的空載反電勢(shì)波形，如圖17所示。新型內(nèi)置式轉(zhuǎn)子通過(guò)改變極弧系數(shù)，磁鋼槽形狀及不均勻氣隙的方法，使反電勢(shì)波形更好，最接近于正弦波。

(a)表貼式

(b)普通內(nèi)置式

(c)新型內(nèi)置式圖17 三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的空載反電勢(shì)波形

對(duì)比三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的磁鋼用量如表4所示。表貼式電機(jī)氣隙大，氣隙磁密低，因此需要增加磁鋼用量或者加長(zhǎng)電機(jī)整體長(zhǎng)度來(lái)彌補(bǔ)功率不足。內(nèi)置式電機(jī)氣隙磁密較大，同等體積及磁鋼用量下，功率等級(jí)更大，性價(jià)比更高。

表4 磁鋼用量及成本對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)同一具體工程應(yīng)用問(wèn)題，設(shè)計(jì)三種轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)，表貼式、普通內(nèi)置式和新型內(nèi)置式。分別進(jìn)行了機(jī)械與電磁的仿真分析和解析計(jì)算。提出新型內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)，有效地解決了高速電機(jī)電磁性能與機(jī)械強(qiáng)度之間的相互制約問(wèn)題。結(jié)果表明：新型內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度更好，應(yīng)力最大處由加強(qiáng)筋全部承擔(dān)。漏磁因數(shù)較普通內(nèi)置式小，雖然略大于表貼式，但仍然可以減少磁鋼用量25.3%。永磁電機(jī)重要的反電勢(shì)波形，也有明顯的改善。新型內(nèi)置式磁極結(jié)構(gòu)，氣隙表面為疊片結(jié)構(gòu)，有效減少了定子齒槽與氣隙磁場(chǎng)諧波引起的轉(zhuǎn)子表面諧波損耗。本文提出的兆瓦級(jí)超高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子新型內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，能夠提高電機(jī)性能、降低成本，對(duì)此類電機(jī)普及應(yīng)用，具有重要意義。

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OptimizationofMagneticPoleStructureofMWSuperHighSpeedIPMMachine

ZHANG Bing-yia, LIU Li-junb,JIANG Rui-xuea,XING Yanb,FENG Gui-honga

(a.School of Electrical Engineering; b.School of Mechanical Engineering,Shenyang University of Technology, Shenyang 110870,China)

In order to solve mechanical and electrical problems caused by the high tangential velocity of the rotor of MW super high speed PM machine, a new-type of magnetic pole structure with high strength and non-magnetic strengthening rib between laminated interior permanent magnetic steel was presented. According to the requirement of engineering practice, three types of magnetic pole structure were respectively designed and compared and their features were analysed. The equivalent ring method was put forward to calculate its stress limit and validated by simulating in the structure field. At last, the electromagnetic simulation software was applied to analyse and compare electromagnetic properties of three structures. The research results have shown that the new-type of IPM machine magnetic pole structure with high strength and non-magnetic strengthening rib has excellent machinery intension and good electromagnetic performance and it uses less magnetic steel.

MW; super high speed; permanent magnet motor;IPM;magnetic pole structure

TH39;TM351;TM355

A

1001-2265(2017)12-0006-06

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.12.002

2017-03-03；

2017-03-14

國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)資金資助(2012YQ050242)

張炳義(1954—)，男，天津人，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樘胤N電機(jī)及其控制,(E-mail)479519703@qq.com。

(編輯李秀敏)