高速永磁电机复合转子多尺度强度数值分析.pdfVIP

第20卷第3期沈阳工程学院学报（自然科学版）Vol.20No.3

2024年7月JournalofShenyangInstituteofEngineering（NaturalScience）Jul.2024

DOI：10.13888/j.cnki.jsie（ns）.2024.03.013

高速永磁电机复合转子多尺度强度数值分析

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杨璐铭，王天煜，汪泽润，白斌，宇秋红

（1.沈阳工程学院a.能源动力学院；b.机械学院，辽宁沈阳110136；2.上海电子信息职业技术学院

机械与能源工程学院，上海201411；3.沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳110870；

4.沈阳玉衡科技有限公司，辽宁沈阳110000）

摘要：传统高速永磁电机多采用块状永磁体结构，在高速旋转下极易导致烧结永磁体的破

坏。为提高转子机械强度，提出一种新型复合转子结构，该结构使用磁粉胶膜/碳纤维复合磁

性材料代替烧结永磁体，采用多尺度分析方法，对其性能进行研究。在细观尺度上，利用均匀

化理论分析碳纤维单元的力学性能，再根据单胞结构理论分析磁粉胶膜单元的力学性能；在宏

观尺度上，将各单元的性能作为多层复合磁性材料中各单层的有效性能，采用经典层合板理论

计算复合磁性材料整体力学性能，并与拉伸试验对比，验证多尺度分析方法的正确性。最后，

利用有限元软件对不同尺度转子模型进行强度数值模拟，研究不同尺度下模型的应力分布情

况，研究结果证明了在细观尺度下的转子应力分析更加精确。

关键词：高速电机；飞轮储能；多尺度；转子强度；数值分析

中图分类号：TM351文献标识码：A文章编号：1673-1603（2024）03-0084-07

［3-4］

飞轮储能具有储能密度高、功率大、效率高、寿护方式。但这种结构随着转速增加，永磁转子

命长、无污染等优点，广泛应用于航空航天、电力调表面线速度增大，由于磁极间距与永磁体之间的材

峰、不间断电源、电动汽车、大功率电磁炮等众多领料特性不同，转子可能出现较大的应力集中，导致

［1］

域。为实现储能系统电能与机械能之间高效的烧结永磁体被破坏，从而影响高速永磁电机的安全

转化，要求用于飞轮储能的电机具有高转换效率和运行。因此，HSPMM向高转速的发展受到转子强

［5］

高旋转速度，即转子能够承受高速旋转的离心力且度的限制，必须使用高强度材料和特殊结构来保

定子和转子的损耗小、效率高。高速永磁电机证转子强度。

（high-speedpermanentmagnetmotor，HSPMM）以为了提高转子的强度，学者们进行了广泛的研

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其高功率密度、高效率和高速运行的特点，广泛应究。董传友等基于厚壁筒理论，研究了永磁体

［2］

用于飞轮储能系统。轴向分段的转子结构对HSPMM转子强度的影响