高速永磁电机由于具有效率高、功率密度大、体积小，特别是省去增速箱等诸多优点，在压缩机、飞轮储能、电主轴以及高速机床得到越来越广泛的应用。永磁电机采用烧结钕铁硼永磁材料，其抗压强度较大而抗拉强度很小(一般<80MPa)，在高速电机转子离心力成为主要载荷的情况下，考虑到永磁体难以承受巨大的离心力，必须对永磁体采取保护措施。目前，最常用的保护措施一种是采用碳纤维绑扎永磁体，另外一种是在永磁体外面加一高强度非导磁合金保护套。

　　针对以上两种不同的保护措施，以一台100kW，60000r/min的高速永磁电机为例，分别设计了相应的保护套，并对不同工况下的转子应力分布进行了解析法推导，用3D有限元法对电机冷态和热态运行时的转子强度进行了分析和验证，同时对考虑弯曲应力时的碳纤维保护套进行了设计和计算。总结了两种保护措施的设计规律，为高速永磁电机保护套的设计提供了依据。

　　利用解析法对高速永磁电机碳纤维保护套应力计算时，其计算过程极其复杂，这里用有限元法对所设计的碳纤维保护套进行应力计算。在电机冷态和热态运行时，碳纤维保护套和永磁体所受应力都远小于相应的极限强度，证明碳纤维保护套的设计是合理的；碳纤维保护套的厚度仅为合金保护套的一半，碳纤维保护套可以获得更大的气隙和散热面积；电机从冷态运行变化到热态时，永磁体切向应力基本不变，碳纤维保护套应力只有略微的下降，因此在碳纤维护套的设计时，可以忽略工作温度对应力的影响。

　　永磁体安装过程中轴向或周向分块使永磁体之间存在间隙，产生边缘效应，会对碳纤维保护套造成较大的弯曲应力，同时在永磁体弯曲处也会对碳纤维保护套产生弯曲应力，降低保护套的安全系数。研究人员以永磁体周向分为8块作为研究对象，假设相邻永磁体之间相隔角度分别为1°和5°两种情况，分析边缘效应对碳纤维保护套弯曲应力的影响，当永磁体相隔角度为1°时，碳纤维保护套最大应力为745 MPa，永磁体相隔角度为5°时，碳纤维保护套最大应力为952MPa，都发生在相邻永磁体的间隔处，可见永磁体分块存在的边缘效应会对碳纤维保护套产生较大的弯曲应力，且相邻永磁体之间间隔越大，边缘效应越明显， 碳纤维保护套弯曲应力越大。

　　为了降低碳纤维保护套的弯曲应力，增加保护套的可靠性。保护套采用碳纤维和玻璃丝纤维分层复合而成，在保护套的内层缠有较薄的各向同性的玻璃丝纤维，在玻璃丝纤维外面缠有各向异性的碳纤维。

　　电机冷态运行时，合金护套受拉应力最大，永磁体受拉应力最小，随着电机温度逐渐增加，合金保护套拉应力大幅降低，永磁体切向应力明显增加，因此在合金保护套设计时，应使电机冷态运行时的护套应力和热态运行时的永磁体应力都满足强度要求。对于碳纤维保护套，电机从冷态运行变化到热态时，应力分布只有略微的变化，设计时可以忽略工作温度对机械强度的影响。电机转子表面线速度较高时，碳纤维保护套的厚度小于合金保护套的一半，碳纤维保护套可以获得更大的气隙和散热面积。