針對離心機用高速永磁電動機轉子強度分析問題，基于彈塑性力學理論，推導了高速轉子強度設計的解析表達式，給出明確的應力評判準則;同時在過盈量計算過程中，考慮溫度因素影響，研究一套有效的高速轉子過盈量計算和護套最小厚度計算方法。以一臺額定轉速40000r/min的永磁同步電機為分析對象，采用解析法和有限元法分別計算了合金護套、永磁體的徑向應力、切向應力和等效應力，兩種方法的計算結果最大偏差在2%以內，滿足工程應用要求。超速試驗結果表明，根據該方法設計的高速永磁轉子具有足夠的機械強度。
關鍵詞: 冷凍離心機；高速永磁電動機; 過盈配合; 合金護套; 強度分析; 超速試驗
高速永磁電動機由于具有功率密度高、體積小、效率高等諸多優點，成為離心機壓縮機用電動機的首選。高速轉子用釹鐵硼，機械強度低，高速旋轉易造成磁鋼爆裂，需對磁鋼進行外在特殊的保護設計。當前，比較成熟的措施為非金屬碳纖維護套和高強度非導磁合金護套，其中碳纖維護套基本消除了護套中的渦流損耗，在降低轉子損耗方面有顯著優勢。但是，用于制冷離心機的高速轉子長期處于冷媒環境中，這些制冷劑對碳纖維護套中的固化樹脂有一定的腐蝕作用，對其長期可靠性產生不利影響。因此，目前制冷離心機用高速轉子多采用工藝制作簡單的高強度非導磁合金護套。采用合金保護套的轉子會在護套中產生較大的渦流損耗，同時離心機運行在高壓差、高溫制冷等惡劣工況時，電機發熱更加嚴重，轉子溫度過高，引起轉子配合過盈量減小，造成轉軸強度、剛度下降，極易導致轉子失效。因此，在進行高速轉子強度設計時，必須考慮溫度的影響。目前，相關文獻僅進行了解析推導，并未考慮溫度影響，或者僅是簡單的溫度補償，并未給出詳細的計算方法。此 外，合金護套厚度也是至關重要的一個參數，護套過厚，則成本、護套上的損耗等都會增加; 而護套過薄，則機械強度會下降。如何合理設計護套厚度，目前也極少有文獻報道。本文對高速轉子強度設計進行了詳細的解析推導，并考慮溫度因素，給出了有效的裝配過盈量計算方法; 同時從機械強度方面，給出了護套最小厚度計算方法; 最后，通過有限元法和超速試驗，驗證了理論方法的正確性。
上海安亭科學儀器廠在本文基于一臺40000r/min的高速永磁電動機，進行了詳細的理論推導和仿真實驗研究，可得出以下結論:
1) 采用解析法和有限元法計算磁鋼和護套的各種應力均有較高的一致性，而在沿軸向位置，兩種方法計算結果有一定偏差，最大偏差在2%以內，滿足工程計算要求，可以忽略;
2) 考慮溫度因素影響，提出一套有效的高速轉子過盈量計算方法，即在該計算過程中加入溫度補償環節，通過迭代計算便可直接輸出裝配過盈量;
3) 給出該類高速轉子護套和磁鋼的應力評判準則，并給出護套最小厚度的設計方法，為電磁、結構綜合優化提供依據。
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