针对离心机用高速永磁电动机转子强度分析问题，基于弹塑性力学理论，推导了高速转子强度设计的解析表达式，给出明确的应力评判准则;同时在过盈量计算过程中，考虑温度因素影响，研究一套有效的高速转子过盈量计算和护套最小厚度计算方法。以一台额定转速40000r/min的永磁同步电机为分析对象，采用解析法和有限元法分别计算了合金护套、永磁体的径向应力、切向应力和等效应力，两种方法的计算结果最大偏差在2%以内，满足工程应用要求。超速试验结果表明，根据该方法设计的高速永磁转子具有足够的机械强度。
关键词: 冷冻离心机；高速永磁电动机; 过盈配合; 合金护套; 强度分析; 超速试验
高速永磁电动机由于具有功率密度高、体积小、效率高等诸多优点，成为离心机压缩机用电动机的首选。高速转子用钕铁硼，机械强度低，高速旋转易造成磁钢爆裂，需对磁钢进行外在特殊的保护设计。当前，比较成熟的措施为非金属碳纤维护套和高强度非导磁合金护套，其中碳纤维护套基本消除了护套中的涡流损耗，在降低转子损耗方面有显著优势。但是，用于制冷离心机的高速转子长期处于冷媒环境中，这些制冷剂对碳纤维护套中的固化树脂有一定的腐蚀作用，对其长期可靠性产生不利影响。因此，目前制冷离心机用高速转子多采用工艺制作简单的高强度非导磁合金护套。采用合金保护套的转子会在护套中产生较大的涡流损耗，同时离心机运行在高压差、高温制冷等恶劣工况时，电机发热更加严重，转子温度过高，引起转子配合过盈量减小，造成转轴强度、刚度下降，极易导致转子失效。因此，在进行高速转子强度设计时，必须考虑温度的影响。目前，相关文献仅进行了解析推导，并未考虑温度影响，或者仅是简单的温度补偿，并未给出详细的计算方法。此 外，合金护套厚度也是至关重要的一个参数，护套过厚，则成本、护套上的损耗等都会增加; 而护套过薄，则机械强度会下降。如何合理设计护套厚度，目前也极少有文献报道。本文对高速转子强度设计进行了详细的解析推导，并考虑温度因素，给出了有效的装配过盈量计算方法; 同时从机械强度方面，给出了护套最小厚度计算方法; 最后，通过有限元法和超速试验，验证了理论方法的正确性。
上海安亭科学仪器厂在本文基于一台40000r/min的高速永磁电动机，进行了详细的理论推导和仿真实验研究，可得出以下结论:
1) 采用解析法和有限元法计算磁钢和护套的各种应力均有较高的一致性，而在沿轴向位置，两种方法计算结果有一定偏差，最大偏差在2%以内，满足工程计算要求，可以忽略;
2) 考虑温度因素影响，提出一套有效的高速转子过盈量计算方法，即在该计算过程中加入温度补偿环节，通过迭代计算便可直接输出装配过盈量;
3) 给出该类高速转子护套和磁钢的应力评判准则，并给出护套最小厚度的设计方法，为电磁、结构综合优化提供依据。
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