近年来,随着我国冶金、石化和航空制造行业的高速发展,对于应用配套的大功率风机和压缩机的大容量高速同步电动机的需求与日俱增,尤其是钢厂的高炉风机与航空领域的风洞试验机组等都迫切需要有30MW以上的大容量、高转速(1500rpm以上)的无刷励磁同步电动机。本文以上海电机厂为柳州钢铁股份有限公司4#高炉风机配套电机的研发项目为背景,对36MW、10kV、4P无刷励磁同步电动机进行产品设计及结构优化。基于上海电机厂的原最大容量的同步电机T24000-4,原最大容量的异步电机Y25000-6的电磁方案,以及综合考虑电磁负荷的数值,首先确定了36MW级无刷励磁同步电动机的基本尺寸,并进一步确定了电机本体的电磁设计方案;然后完成本电机的结构设计及关键零部件机械强度和刚度的校核。相对于传统大容量同步发电机的隐极转子方案,此电动机转子为凸极结构,又由于转子外径相对较大以及转速较高,对转子相关零部件的强度和刚度的设计要求较高。本文根据材料力学原理,建立了极靴及极靴螺钉的力学模型并计算出所需极靴螺钉的个数、大小及材料;并通过有限元分析法,对极靴本身和极靴螺钉的强度进行了校核。本文还利用有限元分析法,对电机转轴的挠度和临界转速进行了计算,以确认其在一个可允许的范围内,并计算了不同轴承支撑刚度对转轴临界转速的影响,为电机设计中轴承的选择提供了理论依据。同时,本文提出了磁极线圈极间连接的新结构。传统的连接结构是:两相邻磁极线圈出头从侧面引出,锡焊后通过径向螺栓与磁轭固定,螺栓与磁极引线之间用胶木块和环氧布管作为绝缘,其弊端为极间空间狭窄、操作困难,在相对线速度较大的高速电机,尤其是大直径转子,此处是易产生机械损坏、绝缘破损的一大隐患所在。改进后的结构为:将磁极线圈引出接头由极间移至线圈端头,与一根“L”型的导电排银焊后,通过沿轴表面的导电排与相邻的磁极线圈相连接。这块沿轴表面的导电排上下各放置一块胶木块并通过径向螺栓固定于轴表面。因为连接排被胶木板架空,所以整个连接体无需绝缘,结构简单易做,经强度校核及实机试验,此结构的机械及电气绝缘的可靠性大大增加。