高速电机发展与设计综述

龙源期刊网高速电机发展与设计综述作者：蒋荣杰蒋刚峰来源：《科学与信息化》2018年第15期摘要近年来，随着我国各项科技水平的不断提升，高速电机的应用也一直处于持续发展的状态。本文就针对高速电机的发展与设计进行了具体的分析，对于我国现阶段各项建设中常用的高速电机的发展情况进行研究，寻求其中关键性的技术特点及设计特点，其中除去定子设计之外，还包括转子结构部分的设计。对高速电机在当前发展中所面临的问题进行了分析，展望高速电机未来的发展趋势。关键词高速电机；发展趋势；设计综述引言高速电机是当前我国在国际电工领域当中的一项重要研究，许多重点工程建设都离不开高速电机。高速电机具有体积小、功率大、效率高等特点，将其与高速负载进行连接使用，比传统机械运行的速率更快，且噪音大大降低，其优势性极为明显。将高速电机应用于高速磨床、空气循环制冷系统等当中，都具有十分有效的作用。在未来的发现过程中，高速电机的应用范围将会越来越大，发展前景也会越来越广阔。1高速电机的主要特点高速电机最主要的优势就在于其转子速度高、定子绕组电流以及铁心磁通频率较高，并且其功率密度和损耗密度都比较大。因此，高速电机的具体设计方法也有所不同。与传统的电机相比，在功率相等的情况下，高速电机的体积更小，但是功率和损耗的密度都很大，在这样的情况下，如果不特别设置一些有效的散热措施，电机的温度明显升高，使用寿命同时也会受到影响，尤其是于水磁电机，当转子的温度有所上升时，水磁体很可能会发生不可逆退磁问题。这就需要有关人员提前安排设计一定的冷却系统，以此来控制转子温度的变化，充分保障高速电机的良性运行[1]。2高速电机当前的发展情况高速电机通常指转速超过一定标准的高速电机。在目前我国常用的一些电机当中，可以实现高速化的电机主要包括感应电机、内转子水磁电机、开关键阳电机、还有部分外转子水磁电机以及爪极电机等。下面就对这些类型的高速电机进行了分别的分析探讨。2.1高速感应电机相对于其他的电机种类来说，感应电机的转子结构是相对简单的，加之其转动的惯量低，可以充分实现在高温和高速的情况下长久运行，正因为感应电机具备这一特点，因此在高速领龙源期刊网域当中受到了较为广泛的应用。就当前国内外高速感应电机的发展情况来看，高速感应电机的最大功率为15MW，最快的转速为20000r/min。而在我国国内，对于高速感应电机的使用仍然处于初级阶段，尽管近年来我国对于这项技术已经十分重视，但是对于其中许多方面的研究仍然十分浅显。换言之，我国高速感应电机的使用水平与国外的发展仍然存在着明显的差距。2.2内转子高速永磁电机内转子高速永磁电机最为显著的特点就是其效率和的因数都较高，且转速的范围通常都较大，正因如此，其在高速领域的应用也会因此而受到青睐。另外，相对于一些外水避转子电机来说，内转子水磁电机的转子体积更小，且具有更强的可靠性。通过一段时间的使用情况，可以看出内转子高速永磁电机发展情况。目前在我国国内，许多高校已经对于高速永磁电机进行研究，研究方向主要越来越广泛。2.3高速开关磁阻电机开关磁阻电机的结构较为单一，且实用性强，十分坚固，加之其成本低廉，耐高温，因此，在高速领域的发展中，越来越受到人们的青睐[2]。3定子结构的相关设计3.1极数在高速电机当中，通常情况下，它的设计会分为二级或者四级。针对二级电机，永磁体方面可以直接采用整体性的结构，根据电流和铁芯中心部分的磁场交变频率则逐渐降低，这对于降低损耗具有十分明显的作用。二极电机的定子绕组端部较长，四极电机着与之恰恰相反，四级电机的定子绕组端部相对较短，因此其交变频率相对较高。3.2槽数在槽数的选择方面有以下三种方案。首先是无槽，就是在不产生高频齿谐波磁场的情况下，尽可能地降低转子涡流的损耗，但是这种方案也存在着一定的弊端，那就是永磁体产生的缝磁通密度较小，因此永磁材料的利用率相对更低。其次是少槽方案，这种方案的密度谐伏波幅值相对较大，传子涡流的损耗也因此较大，因此，这种方案在高速电机当中进行应用是极为不利的。最后是多槽方案，这种方案不仅材料的利用率高，而且专子涡流损耗较低，气隙磁通密度大[3]。3.3铁心材料高速电机的运行频率相对较高，在这样的前提下定子铁芯会产生一定的损耗，为了尽可能地降低损耗程度，对于定子铁芯材料进行科学合理的选择是最为有效的方式之一。龙源期刊网定子绕组定子绕组的端部长，就会导致转资的轴向长度增加，从而影响到转子系统的强度。如果采用环形的绕组结构，就可以有效解决这一问题，但是仍然存在着一定的不足，举例来说线圈的工艺较为复杂就会带来一定的麻烦。4结束语经过一段时间的应用发展，许多发达国家对于高速电机方面的研究已经较为深入。而相对于发达国家而言，我国在这一方面的研究相对比较淡薄，产业化发展的水平较低。结合国内外的发展情况来看，目前，在高速电机的设计和发展方面主要存在以下几点问题：其一，轴承方面，滚球轴承在高强度的转速之下，很可能会发生漏油问题，且负载能力有限，价格十分昂贵。其二，在电机的设计方面需要多学科知识进行支持，因此，需要结合不同种类的外界因素进行电机技术的研究。其三，在永磁体方面，永磁体的强度和耐温能力都相对较差，这对高速永磁电机的发展是极为不利的。其四，我们常用的碟片转子所能承受的离心力很小，涡流损耗却较大，因此在这一方面就需要更为深入的探索研究[4]。其五，在定转子的损耗方面以及相关的计算方法方面仍然需要有所提升。综上所述，在高速电机的发展过程中，虽然仍然存在着一些问题，但其发展空间和使用范围仍然十分广泛。在未来的发展过程中，还需要相关人员不断地进行探索和发现，为高速电机的发展更为广阔的空间。参考文献[1]张凤阁，杜光辉，王天煜，等.1.12MW高速永磁电机不同冷却方案的温度场分析[J].电工技术学报，2014，（s1）：66-72.[2]鲍海静.飞轮储能用高速永磁同步电机设计及关键技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.[3]邱洪波.高速永磁发电机转子涡流损耗优化及对温度分布影响的研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2014.[4]邢军强，高速永磁电机转子涡流损耗及通风散热研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2011.