高速电机的四大关键技术与实战方案

发布时间：2024-07-4 阅读量：2106 来源: 我爱方案网作者: wenwei

【导读】高速电机体积小、可与高速负载直接相连、省去传统的机械增速装置、减小系统噪音和提高系统传动效率。目前成功实现高速化的主要有感应电机、永磁电机、开关磁阻电机。高速电机的主要特点是转子速度高、定子绕组电流和铁心中的磁通频率高、功率密度和损耗密度大。这些特点决定了高速电机具有不同于常速电机特有的关键技术与设计方法，设计和制造难度往往成倍大于普通速电机。

高速电机的关键技术

高速、超高速的应用前景广阔但同时给电机带来了极高的挑战，我们将这些问题合并同类项后发现有四大类。分别是散热、选型、振动噪音、高效设计。

（1）散热

电机损耗随转速几何级数提高，高损耗产生的热使得电机温升极速提升，为维持高速运行，必须设计散热良好的冷却方式。常见的高速电机冷却方式有内强迫风冷和内油冷。

（2）电机选型

高速电机种类的选择一直是一个没有标准答案的问题。一般从功率密度和效率的角度出发，选择永磁电机比较有优势，而从可靠性出发选择感应电机和开关磁阻电机。但因为振动噪音较大，开关磁阻的应用较少。在超高的应用中感应电机居多，在高速的应用中感应电机和永磁电机共存。

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（3）振动噪音

振动噪音的问题是高速电机一大拦路虎。相比普通电机，即有转子动力学产生的振动问题，比如转子的临界转速问题，轴的偏摆振动问题。也有高频电磁力产生的啸叫问题，高速电机的电磁力频率更高，分布范围更广，极易激起定子系统共振。

为了避免临界转速振动，高速电机的转子设计非常关键，需要作严格的模态分析和测试。在设计时需要将长径比作为优化变量：转子设计过粗短，能够提高临界转速的上限，不易发生共振，但转子克服离心应力的难度会增加。反过来转子设计的细长，离心强度问题改善，但临界转速下移，出现共振概率提高，而且电磁功率也会随之下降。因此转子的设计需要反复平衡，是高速电机设计的重中之重。

（4）高效设计

电机损耗随转速几何级数提高，高损耗使得电机效率快速衰减，为了实现高效，必须治理好各类损耗。以铁耗为例，为了降低涡流损耗，一般采用0.10 mm、0.08 mm的超薄硅钢片。超薄片能够降低涡流损耗但改善不了磁滞损耗，因此超薄片的铁耗磁滞损耗占大头，而普通片中涡流损耗占大头。改善磁滞损耗，可以从下面三条路子出发：

● 优化磁路设计提高磁场正弦性、降低谐波铁耗；

● 降低磁负荷、增加热负荷，降低基波铁耗；

● 从材料选型出发，选择磁滞损耗较小的硅钢片。

除了铁耗之外，高速电机还要额外关注AC损耗，这些损耗是由于高频交变磁场渗透导致的，往往出现在磁钢外、金属护套、定子绕组表面。以治理磁钢的AC损耗为例，常用的方法是将磁钢分成多段，可以在径向分段也可以轴向分段。分段能够减小涡流环流面积，降低AC损耗。

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