● 摘要
磁悬浮高速电机采用磁轴承支撑转子，因此具有高转速、长寿命、低功耗、维护简单等优点。随着电力电子技术的发展，高速电机因其体积小、重量轻、功率密度大等优点在储能飞轮、压缩机、真空泵、涡轮发电机等领域获得了越来越广泛的应用。由于高速电机转速较高，因此在电机设计过程中要保证结构满足强度和振动稳定的要求，于此同时还要综合考虑结构的各方面性能，使其达到一个良好的平衡，从而优化产品性能、节约成本。另外为积累磁悬浮电机柔性转子的控制经验以及进行在线动平衡实验，需要专门设计磁悬浮柔性转子试验器提供基础保障。本课题结合财政部重大科技成果转化项目，针对磁悬浮高速电机设计过程中的动静力学分析、优化设计及柔性转子试验器设计等问题，主要进行了以下四个方面的研究：（1）首先针对磁悬浮高速电机运转过程中的力学问题，对磁悬浮高速电机转子进行了强度分析，对磁悬浮高速电机整机及转子进行了模态分析，并将转子模态分析结果与试验结果进行对比，计算评估了有限元分析误差。（2）其次对装配体模态分析方法进行了系统研究。针对磁悬浮高速电机转子装配体模态分析精度差的问题，总结了各种装配体模态分析方法的优缺点，并重点分析比较了预应力模态分析方法和结合体模态分析方法，通过将有限元仿真分析结果与试验测试结果进行对比，评估了两种方法的计算误差。（3）对磁悬浮高速电机转子进行多目标多学科优化设计，综合其静力学与动力学以及转子形状的要求，选定结构优化变量，用遗传算法、序列二次规划算法及组合优化策略对其进行优化设计。（4）最后为积累磁悬浮高速电机柔性转子控制经验以及进行在线动平衡实验，专门设计了磁悬浮柔性转子试验器。通过动力学模态分析实验确定了转子尺寸及构型，最终完成总体三维结构设计工作。