高速永磁电机功率密度比较大、可以达到的转速也比较高,对于减少装备体积和重量具有重要的意义。但由于电机中的永磁体材料抗拉应力能力很差,承受高速旋转下的离心力有一定困难,而且电机在起动、运行和停止过程中转子必定会穿过一阶或多阶临界转速,这就使得对转子的强度分析和动力学特性分析成为高速永磁电机研究的关键。本文针在这两方面进行了深入研究,主要内容包括以下几个方面:1)高速永磁电机转子系统的结构设计和强度分析。以额定功率4KW、额定转速60000r/min等电机参数为设计目标,结合扭转刚度、强度等理论公式和Workbench仿真分析法,设计出满足强度要求的装配体转子(转轴、护套、永磁体)尺寸。运用Ansoft对其进行电磁特性分析,结果显示其磁力线、磁通密度的分布均合理,证明所设计的电机转子具有良好的电磁特性,可以保证电机在额定工况下运行。利用Workbench分析了电机转子在不同温度、转速等状态下的应力分布情况规律,分析了原因并据此提出优化设计措施。2)转子系统动力学建模与临界转速求解。分为转轴的计算和装配体转子的计算两部分,第一部分是转轴的临界转速计算,利用有限元法将转轴划分为由弹性轴段和若干质量点连接而成的转轴系统,建立转轴的动力学方程,并通过Matlab计算出转轴的临界转速。第二部分是装配体转子的临界转速计算,首先将永磁体、护套其简化成质点,施加到转轴的动力学模型相应的结点上,建立装配体转子的动力学方程;其次将装配结构对整体刚度的影响考虑到其中,计算得到刚度加强系数并将其代入到动力学方程中,最终通过Matlab求解得到装配体转子的临界转速。3)转子系统的模态分析。利用Workbench仿真软件,对转轴和装配体转子分别进行模态分析,模态分析结果与有限元法计算出的结果均较为一致。需要注意的是,在利用Workbench对装配体转子进行模态分析时需要对装配结构和转轴的接触特性进行设置(如过盈配合量和法向刚度),才能得到准确的结果。最后分析了电机转子在不同支承刚度、转速下的临界转速变化,并总结了规律。4)转子系统的模态实验。利用LMS锤击系统对转子系统进行静态固有频率测试,并将实验结果与数学模型计算结果、Workbench仿真结果进行对比验证,结果均较为一致,说明充分考虑装配体转子的接触特性有利于对其进行更准确的模态分析。