高速永磁電機(jī)具有高功率密度、高效率等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于離心式壓縮機(jī)、飛輪儲能等領(lǐng)域。高速電機(jī)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子各部件受到巨大的離心力作用，因此常采用帶轉(zhuǎn)子護(hù)套的表貼式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，以保證永磁體的安全。

常見的轉(zhuǎn)子護(hù)套材料主要包括高強(qiáng)度金屬材料（如鈦合金、Inconel合金）和高強(qiáng)度復(fù)合材料（如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維）兩類，其物理屬性有很大差異：金屬護(hù)套導(dǎo)電性好，護(hù)套中的渦流損耗大，但其熱導(dǎo)率高，轉(zhuǎn)子散熱容易；纖維護(hù)套電導(dǎo)率很低，護(hù)套中幾乎沒有渦流和損耗，但其導(dǎo)熱性差，轉(zhuǎn)子散熱困難。因此，護(hù)套材料對于高速電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗與溫升具有顯著的影響。

轉(zhuǎn)子護(hù)套厚度的設(shè)計受到多物理場的共同約束。從應(yīng)力的角度，護(hù)套必須有足夠的厚度與合適的過盈量以保證高速下轉(zhuǎn)子的安全；而從電磁設(shè)計的角度，護(hù)套應(yīng)盡可能薄，因?yàn)樽o(hù)套與電機(jī)的實(shí)際氣隙共同構(gòu)成了電機(jī)的電磁氣隙，護(hù)套厚度會直接影響電磁設(shè)計的可行范圍。對于給定的電磁氣隙，護(hù)套厚度最小化（即實(shí)際氣隙最大化）有以下優(yōu)勢：1）減小導(dǎo)電類護(hù)套中的渦流損耗：2）降低護(hù)套的材料成本；3）降低轉(zhuǎn)子的裝配難度；4）減少轉(zhuǎn)子重量，減輕軸承負(fù)荷：5）降低轉(zhuǎn)子風(fēng)摩損耗。對于通過氣隙通風(fēng)冷卻的電機(jī)，增大實(shí)際氣隙還能減小氣隙的空氣流阻、增強(qiáng)轉(zhuǎn)子表面的對流換熱。綜 上，在滿足應(yīng)力要求的前提下，護(hù)套厚度的最小化可作為護(hù)套設(shè)計的主要目標(biāo)。

以一臺250kW,25kr/min的高速永磁電機(jī)為例，分別通過解析和有限元方法對其轉(zhuǎn)子應(yīng)力進(jìn)行分析。經(jīng)初步電磁計算，確定了轉(zhuǎn)子采用外半徑為44mm、厚度為8mm的釹鐵硼永磁體及45號鋼轉(zhuǎn)軸。由于各向同性材料為各向異性材料的特例，以各向異性的碳纖維材料為例進(jìn)行驗(yàn)證，其厚度暫定為2mm,與永磁體間的過盈量為0.3mm。安全起見，應(yīng)力計算均考慮1.2倍額定轉(zhuǎn)速（30 kr/min），安全系數(shù)取1.5，經(jīng)解析計算和有限元分析，有限元分析結(jié)果；拉應(yīng)力為正值，壓應(yīng)力為負(fù)值。