CN109525075B - 一种应用于永磁同步电机的实心转子-定子的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于永磁同步电机的实心转子‑定子的制备工艺，包括如下步骤：6.5%的硅，1%~5%的三氧化二钴以及1%的锰，其余用铁块在熔炼炉采用电弧熔炼，在熔炼过程中采用电磁搅拌；冷却，取出退火高硅钢样品；温轧；机加工处理转子；实心定子制备。本发明制备的新型转子‑定子具有杂质较少，化学成分分布均匀，结构致密的特点，拥有更好的力学性能，脆性得到改善，相对于光滑实心转子，参入三氧化二钴的高硅钢实心转子能够产生相对良好的磁导率，增大了电动机的额定功率。

Description

一种应用于永磁同步电机的实心转子-定子的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种新型实心转子-定子结构在永磁同步电机上的应用，特别是涉及采用6.5%高硅钢以及氧化钕，氧化硼作为添加材料并通过一系列先进加工工艺的制备，应用于电机内部新型实心转子的研发的技术领域。

背景技术

永磁同步电机是一种新型交流感应电机。它具有许多优点，功率高，重量轻，体积小内部结构牢固性好，应用范围广泛，这种电机具有两个独立反向旋转的转子，相当于两台永磁电机的嵌套，可有效提高电机的转矩密度；且其端部绕组较短，可有效减小端部漏抗和铜耗，从而提高电机效率，此这种电机非常适合作为水下航行器用推进电机。

转子作为电动机内部的重要构件，是限制汽轮机使用寿命的大型锻件，目前大型汽轮机整体转子可分为有中心孔的空心转子和无中心孔的实心转子，转子结构的差异与锻件的冶金质量密切相关。从设计角度来看，转子的合理结构应该是实心转子，但早期的转子锻件，由于受冶金和热加工技术水平的限制，转子中心部位的冶金质量很差，曾引起数起灾难性事故。为了确保转子的安全性，转子打中心孔，去掉中心部位冶金质量差的金属，使大型的空心转子得到了广泛的应用。但空心转子的最大缺点是转子内孔表面的最大应力几乎增加了一倍，降低了转子的疲劳寿命。同样，定子作为电机重要部件，目前所制备的定子主要为传统硅钢片，这种定子的缺点是铁心损耗大，较低的磁导率，电机在高速工作时，会产生相当大的转子摩擦损耗，降低定子的使用寿命。

在本发明中，利用高硅钢（6.5%硅含量 ）经过一系列先进冶金加工工艺制备实心转子，并且在转子表面进行开槽设计，这种新型结构能够产生相对良好的电磁场，降低了转子阻抗，提高转子的铁磁性以及导电性，断裂韧性同时也得到极大提高。良好的实心定子，并且利用激光切割机在转子表面进行开槽设计，增大电动机的额定效功率，降低实心转子的损耗；定子则采用在铁中加入钕，硼等元素再辅以电磁搅拌工艺（搅拌速率影响不大）进行熔炼制备，通过改善定子内部微观结构，避免定子内部成分偏析，从而提高定子的力学性能以及磁导率，电导率等重要性能，并且提高电机运转的稳定性。

发明内容

转子-定子在机电能量转换中起着决定性作用，因此寻求良好磁场调制性能的转子结构，是提高该电机效率和推进产业化的关键所在为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用高硅钢（6.5%硅含量）在一系列热处理制度下制备的实心转子，与传统铸铁或普通硅钢片制备的实心转子相比，这种新型实心转子主要有以下几个优点：（1）开槽实心转子表面的有效区域增加，降低了转子阻抗，提高电机的出力；（2）本发明实心转子的心部的最大应力仅是空心转子的二分之一左右，而临界缺陷尺寸是空心转子的8倍左右，大大提高了实心转子的寿命；（3）在正常工况和超速时，实心转子的启动安全性均高于传统实心转子；（4）优化定子结构，增大电机效率。制备这种新型转子-定子应用于永磁同步电机的做法，属于电动机研发相关技术领域。实心转子其独特的优点在高速电机领域，多自由度电机领域具有广泛的应用以及不可取代的价值。所以对于实心转子感应电机的研究具有很高的实际应用价值。本发明制备的实心定子，采用加入适量的钕，硼等元素并经过一系列先进热处理工艺的制备方法，传统硅钢定子在性能上有明显的差异（1）钕元素的使得定子具有较大的磁性能，有效提高电机的启动效率以及工作效率；（2）硼元素的添加主要在于熔炼过程中促进定子内部结构的致密性，使得定子内部结构组织均匀，降低材料内部发生成分偏析的可能性；（3）钕铁硼实心定子的制备，磁导率得到大大提高，在电机正常运行时，自身损耗相对传统硅钢制备的定子只是其损耗的二分之一。对高硅钢实心转子-定子的机械性能，电磁性能进行评价，适用于材料性能检测技术领域。

开槽实芯转子-钕铁硼实心定子这种类型的自起动永磁同步电动机在重载和大转动惯量的工况下具有更好的同步能力。大起动转矩是实芯转子所固有的优势,而且在实芯转子表面开槽可增大其牵入同步能力。和带鼠笼绕组的自起动永磁同步电动机相比较,该开槽实芯转子自起动永磁同步电动机结构和制造工艺更简单、更坚固、成本更低,尤其适合于高速电机。因此对其进行研究与制造显得十分有意义。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种应用于永磁同步电机的实心转子-定子的制备工艺，包括如下步骤：

a. 清扫炉内，放入6.5%的硅，1%~5%的三氧化二钴以及1%的锰，其余用铁块填充；其中硅，钴等以粉末的形式加入。熔炼炉密闭性检验，确保密闭性良好。抽真空，通入Ar或N₂，赶走炉内空气，然后采用电弧熔炼。压力一般<0.05MPa，在熔炼过程中采用电磁搅拌，搅拌频率为7Hz~20Hz，其中优选为12Hz~18Hz；以防止熔炼过程之中出现的成分偏析现象；

b. 打开炉电源，通入氮气气氛，体积在40%~70%之间，加热原则一般是高温慢低温可适度快，一般<500℃可自由升温，>550℃时加热速度小于120℃/h，样品较大可在650℃保持60min均温处理再继续升温。在850℃~1000℃保温15min~2h，温度越高，时间越长晶粒越大，三氧化二钴的添加导致磁性能升高，之后以80℃/h冷却速度冷却到600℃以下随炉冷或空冷降至室温；

c．关闭保护气体，总电源，取出退火高硅钢样品；

d．轧制，本发明采用温轧工艺；确定开轧温度在400℃~650℃，精轧温度480℃以上，轧制道次8~16次，板坯以轧制中心线为基准进行对中，确保板坯宽度方向上两端与轧制中心线的距离一致，不能有偏差，以便轧制；

e. 退火处理；将钢板置于退火炉内，退火温度设在850℃~1000℃ 之间，退火时间为40min-60min之间，之后随炉冷却至室温；

f．机加工处理，首先对转子表面进行酸洗，酸洗过后用200#、400#、800#、1000#、2000#砂纸依次分别对金属锭进行打磨，然后采用丙酮和乙醇，对金属锭进行超声清洗，以确保绝缘良好并防止缝隙腐蚀，之后采用激光切割机LMN4020A交换平台光纤激光切割机进行转子的表面切割，激光功率1000~4000W，最大运动速度：130m/min，整机质量3000kg，X/Y轴定位精度±0.2mm，转子采用开口槽结构，具体切制成梯形槽；

g．实心定子制备；清扫炉内，放入1%~3%的氧化钕，6%~10%的氧化硼以及1%的锰，其余用铁块填充；其中氧化硼，氧化钕和氧化锰等以粉末的形式加入，采用电弧熔炼并开启电磁搅拌。退火热处理制度为：先以10℃/min的速度升温至1100℃，保温2小时；再以10℃/min的速率降温至400℃，之后随炉冷却至室温；

h．轧制；同样对定子的轧制也采用温轧，确定开轧温度在450℃，精轧温度580℃,轧制道次5次，之后随炉冷却至室温，再对试样进行机加工即可；

i．试样处理； 将轧制后的试样取出酸洗浸泡60min，之后利用200#、400#、600#、800#，1000#砂纸逐级打磨至光亮，最后置于超声清洗仪清洗10min，取出烘干。

本发明采用实心转子开槽铸良性导电体后，影响转子阻抗的主要因素是因为实心转子中感应的涡流，在转子内部闭合，存在着强烈的切向感应电流分量。此前制备的光滑实心转子感应电机的力能指标较低，在光滑实心转子上开槽铸铝能够提高其力能指标，改善电机的性能。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明制备的新型转子-定子具有杂质较少，化学成分分布均匀，结构致密的特点，温轧工艺能够有效消除产品内应力，而退火工艺则可以消除大量气泡以及第二相夹杂物。区别于传统硅钢制备，拥有更好的力学性能，脆性得到改善，相对于光滑实心转子，掺入三氧化二钴的高硅钢实心转子能够产生相对良好的磁导率，增大了电动机的额定功率。

2. 本发明制备的实心转子-定子异步交流电机以其独特的优点在高速电机领域会得到广泛应用，转子表面开槽，切断转子高频谐波路径，降低转子涡流损耗的同时，增大定转子之间气隙，提高电机的效率。它既有光滑实心转子优良的起动性能，又能够达到笼型转子感应电机小转差率运行时较高的力能指标，除此之外，转子开径向槽后电机的温升大大降低。

3. 本发明利用实芯转子表面的凹槽迫使定子旋转磁场浸入实芯转子铁芯的更深层,增大能量转换的媒介,从而使电机产生更高的电磁转矩。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例1：

在本实施例中，一种应用于永磁同步电机的新型实心转子-定子的制备，包括如下步骤：

a. 清扫炉内，放入6.5%的硅，1%的三氧化二钴以及1%的锰，本实施例选择1%的三氧化二钴，其余用铁块填充；其中硅，钴等以粉末的形式加入。熔炼炉密闭性检验，确保密闭性良好。抽真空，通入Ar或N₂，赶走炉内空气，然后采用电弧熔炼。压力一般<0.05MPa，在熔炼过程中采用电磁搅拌（搅拌频率为7Hz~20Hz），其中优选为12Hz~18Hz；以防止熔炼过程之中出现的成分偏析现象。

b. 打开炉电源，通入氮气气氛，体积在40%~70%之间，本实施例选择40%的氮气；加热原则一般是高温慢低温可适度快，一般<500℃可自由升温，>550℃时加热速度小于120℃/h，样品较大可在650℃保持60min均温处理再继续升温。在850℃~1000℃保温15min~2h，温度越高，时间越长晶粒越大，三氧化二钴的添加导致磁性能升高。之后以80℃/h冷却速度冷却到600℃以下随炉冷或空冷降至室温。

c.关闭保护气体，总电源，取出退火高硅钢样品。

d．轧制；本发明采用温轧工艺；确定开轧温度在400℃~650℃，精轧温度480℃以上, 轧制道次8~16次，本实施例选择轧制8次。板坯以轧制中心线为基准进行对中，确保板坯宽度方向上两端与轧制中心线的距离一致，不能有偏差，以便轧制。

e. 退火处理；将钢板置于退火炉内，退火温度设在850℃~1000℃ 之间，退火时间为40min-60min之间，之后随炉冷却至室温。

f．机加工处理，首先对转子表面进行酸洗，酸洗过后用200#、400#、800#、1000#、2000#砂纸依次分别对金属锭进行打磨，然后采用丙酮和乙醇，对金属锭进行超声清洗，以确保绝缘良好并防止缝隙腐蚀，之后采用激光切割机LMN4020A交换平台光纤激光切割机进行转子的表面切割，激光功率1000~4000W，最大运动速度：130m/min，整机质量3000kg，X/Y轴定位精度±0.2mm。转子采用开口槽结构，具体切制成梯形槽。

g．实心定子制备；清扫炉内，放入1%的氧化钕，6%的氧化硼以及1%的锰（本实施例中添加1%的氧化钕和3%的氧化硼）其余用铁块填充；其中氧化硼，氧化钕和氧化锰等以粉末的形式加入，采用电弧熔炼并开启电磁搅拌。退火热处理制度为：先以7℃/min的速度升温至1000℃，保温2小时；再以10℃/min的速率降温至400℃，之后随炉冷却至室温。

h．轧制；同样对定子的轧制也采用温轧，确定开轧温度在450℃，精轧温度580℃,轧制道次5次，之后随炉冷却至室温，再对试样进行机加工即可。

i．试样处理； 将轧制后的试样取出酸洗浸泡60min，之后利用200#、400#、600#、800#，1000#砂纸逐级打磨至光亮，最后置于超声清洗仪清洗10min，取出烘干。

设计了两台定子相同的实心转子永磁同步电动机，一台转子为普通铸钢结构，另一台转子为新制备的高硅钢转子。电机基本参数如下：额定功率：400 kW；额定电压：UN =3000 V；额定转速：1000r/min；极数：2p =4；定子外径：D2 = 210 mm；定子槽数：Z =36；铁心长度：L=145 mm。分别对两台电机进行性能试验，比较得出最适合在起重运行机构上使用的一种实心转子-定子永磁同步电动机。在专门的电动机试验台上进行负载试验，采用另一台变频电动机作为负载进行加载。具体如下表所示：

本实施例方法特别适用对比不同转子对相同电机性能的影响，对新制备的高硅钢转子进行有效评价。根据转子启动时的最大应力和转子钢的最低断裂韧度K_1c，用公式计算实心转子和空心转子的临界裂纹尺寸a_c，

式中，Q和Y均为缺陷形状因子。转子的剩余寿命同样可以计算出，在循环载荷作用下，转子中小于临界裂纹尺寸的缺陷可能逐渐扩展，但只要没达到临界裂纹尺寸，转子仍然是安全的。缺陷由初始尺寸扩展到临界尺寸所经历的载荷循环数为转子的剩余寿命，其计算公式如下：

N_p为剩余寿命；C₀、n为裂纹扩展特性参数；M为缺陷形状参数；a_i为缺陷尺寸；a_c为临界裂纹尺寸。本实施例得到结果分析精准，全面。

实施例2：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种利用丝束电极表征铝合金表面微区电偶腐蚀非均匀性的方法，包括如下步骤：

a. 三氧化二钴的添加量改为2%；

b. 将炉内气氛调整为50%N₂；

d. 转子子轧制道次改为12次，其余不变；

g．制备定子的过程中，氧化钕的添加量为1.5%，氧化硼的添加量改为8%；

h．与上面保持一致。

设计了两台定子相同的实心转子永磁同步电动机，一台转子为普通铸钢结构，另一台转子为新制备的高硅钢转子。电机基本参数如下：额定功率：400 kW；额定电压：UN =3000 V；额定转速：1000r/min；极数：2p =4；定子外径：D2 = 210 mm；定子槽数：Z =36；铁心长度：L=145 mm。分别对两台电机进行性能试验，比较得出最适合在起重运行机构上使用的一种实心转子-定子永磁同步电动机。在专门的电动机试验台上进行负载试验，采用另一台变频电动机作为负载进行加载。具体如图所示：

本实施例方法特别适用对比不同转子对相同电机性能的影响，对新制备的高硅钢转子进行有效评价。根据转子启动时的最大应力和转子钢的最低断裂韧度K_1c，用公式计算实心转子和转子的临界裂纹尺寸a_c，

式中，Q和Y均为缺陷形状因子。转子的剩余寿命同样可以计算出，在循环载荷作用下，转子中小于临界裂纹尺寸的缺陷可能逐渐扩展，但只要没达到临界裂纹尺寸，转子仍然是安全的。缺陷由初始尺寸扩展到临界尺寸所经历的载荷循环数为转子的剩余寿命，其计算公式如下：

N_p为剩余寿命；C₀、n为裂纹扩展特性参数；M为缺陷形状参数；a_i为缺陷尺寸；a_c为临界裂纹尺寸。本实施例得到结果分析精准，全面。

实施例3：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种利用丝束电极表征铝合金表面微区电偶腐蚀非均匀性的方法，包括如下步骤：

a. 三氧化二钴的添加量改为2%；

b. 将炉内气氛调整为60%N₂；

d. 转子子轧制道次改为14次，其余不变；

g．制备定子的过程中，氧化钕的添加量为3%，氧化硼的添加量改为6%；

h．与上面保持一致。

设计了两台定子相同的实心转子永磁同步电动机，一台转子为普通铸钢结构，另一台转子为新制备的高硅钢转子。电机基本参数如下：额定功率：400 kW；额定电压：UN =3000 V；额定转速：1000r/min；极数：2p =4；定子外径：D2 = 210 mm；定子槽数：Z =36；铁心长度：L=145 mm。分别对两台电机进行性能试验，比较得出最适合在起重运行机构上使用的一种实心转子-定子永磁同步电动机。在专门的电动机试验台上进行负载试验，采用另一台变频电动机作为负载进行加载。具体如下表所示：

本实施例方法特别适用对比不同转子对相同电机性能的影响，对新制备的高硅钢转子进行有效评价。根据转子启动时的最大应力和转子钢的最低断裂韧度K_1c，用公式计算实心转子和转子的临界裂纹尺寸a_c，

式中，Q和Y均为缺陷形状因子。转子的剩余寿命同样可以计算出，在循环载荷作用下，转子中小于临界裂纹尺寸的缺陷可能逐渐扩展，但只要没达到临界裂纹尺寸，转子仍然是安全的。缺陷由初始尺寸扩展到临界尺寸所经历的载荷循环数为转子的剩余寿命，其计算公式如下：

N_p为剩余寿命；C₀、n为裂纹扩展特性参数；M为缺陷形状参数；a_i为缺陷尺寸；a_c为临界裂纹尺寸。本实施例得到结果分析精准，全面。

实施例4：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种利用丝束电极表征铝合金表面微区电偶腐蚀非均匀性的方法，包括如下步骤：

a. 三氧化二钴的添加量改为3%；

b. 将炉内气氛调整为70%N₂；

d. 转子子轧制道次改为16次，其余不变；

g．制备定子的过程中，氧化钕的添加量为5%，氧化硼的添加量改为6%；

h．与上面保持一致。

设计了两台定子相同的实心转子永磁同步电动机，一台转子为普通铸钢结构，另一台转子为新制备的高硅钢转子。电机基本参数如下：额定功率：400 kW；额定电压：UN =3000 V；额定转速：1000r/min；极数：2p =4；定子外径：D2 = 210 mm；定子槽数：Z =36；铁心长度：L=145 mm。分别对两台电机进行性能试验，比较得出最适合在起重运行机构上使用的一种实心转子-定子永磁同步电动机。在专门的电动机试验台上进行负载试验，采用另一台变频电动机作为负载进行加载。具体如下表所示：

本实施例方法特别适用对比不同转子对相同电机性能的影响，对新制备的高硅钢转子进行有效评价。根据转子启动时的最大应力和转子钢的最低断裂韧度K_1c，用公式计算实心转子和转子的临界裂纹尺寸a_c，

式中，Q和Y均为缺陷形状因子。转子的剩余寿命同样可以计算出，在循环载荷作用下，转子中小于临界裂纹尺寸的缺陷可能逐渐扩展，但只要没达到临界裂纹尺寸，转子仍然是安全的。缺陷由初始尺寸扩展到临界尺寸所经历的载荷循环数为转子的剩余寿命，其计算公式如下：

N_p为剩余寿命；C₀、n为裂纹扩展特性参数；M为缺陷形状参数；a_i为缺陷尺寸；a_c为临界裂纹尺寸。本实施例得到结果分析精准，全面。

试验对比分析：

上述实施例实验测试分析的结果如下表1，

表1. 本发明实施例1～实施例4经电化学试验处理后的各样品检测性能参数表

由上述分析、计算表明，当转子锻件的冶金质量、材料性能、受力状态及运行环境相同时，新型高硅钢实心转子-定子结构永磁同步电机的工作性能优于普通实心转子-定子电机，采用现代冶金技术生产的优质锻件制造实心转子是安全可行的。可以看出，三氧化二钴的加入提高了转子的磁导率，增强其电磁性能；氧化钕和氧化硼的加入同样优化了定的内部结构狗，提高了它的磁学性能以及力学性能。新型结构的转子-定子电动机的堵转转矩都远高于普通铸铁实心转子-定子电动机，这就说明其产生的功率也要远大于普通转子电机，通过此种方式得到的实验数据是准确而全面的。

本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明利用先进冶金方法制备高硅钢实心转子的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于永磁同步电机的实心转子-定子的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：

a. 清扫炉内，按重量比放入6.5%的硅，1%~5%的三氧化二钴以及1%的锰，其余用铁块填充；其中硅、三氧化二钴和锰以粉末的形式加入；熔炼炉抽真空，通入Ar，赶走炉内空气；

b. 然后打开炉电源，采用电弧熔炼，炉内压力<0.05MPa，通入氮气气氛，氮气体积占熔炼炉内气体总体积的40%~70%，在熔炼过程中采用电磁搅拌，搅拌频率为7Hz~20Hz，加热原则是<500℃时为自由升温，>550℃时加热速度小于120℃/h，样品较大时在650℃保持60min均温处理再继续升温，在850℃~1000℃保温15min~2h，温度越高，时间越长晶粒越大，三氧化二钴的添加导致磁性能升高；

c. 以80℃/h冷却速度冷却到600℃以下，再随炉冷或空冷降至室温；关闭保护气体，总电源，取出退火得高硅钢板坯；

d．轧制：采用温轧工艺；确定开轧温度在400℃~650℃，精轧温度480℃以上；轧制道次8~16次，高硅钢板坯以轧制中心线为基准进行对中，确保高硅钢板坯宽度方向上两端与轧制中心线的距离一致，不能有偏差，以便轧制；

e. 退火处理；将高硅钢板坯置于退火炉内，退火温度设在850℃~1000℃ 之间，退火时间为40min-60min之间，之后随炉冷却至室温；

f．机加工处理，首先对高硅钢板坯表面进行酸洗，酸洗过后用200#、400#、800#、1000#、2000#砂纸依次分别对高硅钢板坯进行打磨，然后采用丙酮和乙醇，对高硅钢板坯进行超声清洗，之后采用LMN4020A交换平台光纤激光切割机对高硅钢板坯进行转子表面切割，激光功率1000~4000W，最大运动速度：130m/min，整机质量3000kg，X/Y轴定位精度±0.2mm；所得转子采用开口槽结构，具体切制成梯形槽；

g．实心定子制备；清扫炉内，按重量比放入1%~3%的氧化钕，6%~10%的氧化硼以及1%的氧化锰，其余用铁块填充；其中氧化硼，氧化钕和氧化锰以粉末的形式加入，采用电弧熔炼并开启电磁搅拌；退火热处理制度为：先以10℃/min的速度升温至1100℃，保温2小时；再以10℃/min的速率降温至400℃，之后随炉冷却至室温；

h．轧制；同样对定子的轧制也采用温轧，确定开轧温度在450℃，精轧温度580℃，轧制道次5次，之后随炉冷却至室温，再对试样进行机加工；

i．试样处理； 将轧制后的试样取出酸洗浸泡60min，之后利用200#、400#、600#、800#，1000#砂纸逐级打磨至光亮，最后置于超声清洗仪清洗10min，取出烘干。

2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述步骤a中选用的铁块预先经过除油打磨，在200目，600目，800目以及1000目下逐级打磨并且用去离子水和丙酮溶液清洗干净。

3.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：步骤a在熔炼过程中搅拌频率为12Hz~18Hz。

4.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：所准备的永磁同步电机的基本参数如下：额定功率：400 kW；额定电压：UN = 3000 V；额定转速：1000r/min；极数：2p =4；定子外径：D2 = 210 mm；定子槽数：Z =36；铁心长度：L=145 mm。

5.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：实心转子-定子对相同电机性能的评价方法：根据转子启动时的最大应力和转子钢的最低断裂韧度K_1c，用公式计算实心转子和空心转子的临界裂纹尺寸a_c，

式中，Q和Y均为缺陷形状因子，σ为屈服强度；在循环载荷作用下，转子中小于临界裂纹尺寸的缺陷只要没达到临界裂纹尺寸，转子仍然是安全的，缺陷由初始尺寸扩展到临界尺寸所经历的载荷循环数为转子的剩余寿命，其计算公式如下：

N_p为剩余寿命；C₀、n为裂纹扩展特性参数；M为缺陷形状参数；a_i为缺陷尺寸；a_c为临界裂纹尺寸，σ为屈服强度。