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摘要：随着我国科学技术的不断发展，我们国家对永磁电机的设计要求也在不断地提高，因此，要求设计人员必须运用最先进的科学技术对传统的永磁电机进行不断地完善，使其拥有最快的运行速度和良好的工作性能。本篇文章将针对于我国高速永磁电机的设计进行详细地分析，同时也会对其相关的分析技术进行研究，希望能够给科研人员提供一些借鉴。
关键词：高速永磁电机；电机设计；技术分析
引言:
在设计方面，高速永磁电机的设计主要包括两种，一种是对电机转子的设计，另一种是对电机定子的设计。而在分析技术方面，高速永磁电机运用技术有三种，分别是电机损失和消耗、转子强度和温度的计量以及运算。笔者将对这两种设计和三种分析技术进行深入探讨与研究。
一、高速永磁电机的设计分析
（一）对电机转子设计的分析
高速永磁电机在正常运行的过程中，其转子也会随着永磁电机一起高速的运行，当速度达到某种程度时，电机的转子就会偏离电机的运转中心，这样就会使电机的转子产生离心力，从而导致一些意外事件地发生。除此以外，如果电机的转子运行的速度非常快，由于摩擦生热，转子就会在运转过程之中产生大量的热能，这样会对电机的转子机构产生影响，从而造成一些不必要的损失。综上所述，如果想要保证高速永磁电机的安全运行，就必须保证电机的转子具有最基础的强度，使其在工作过程之中不会产生非常大的离心力，防止意外事件的发生。此外，电机转子还要具备耐高温、低消耗等特点。如果想要完成这两方面的保证，就一定要从电机转子的材质和结构设计两方面进行深入分析。在选取电机转子材质时，应该选用性能良好的永磁材料。因为这种材料的温度系数很小，可以让电机转子保持在一个固定的温度上，并且它可以运用在很高的温度上，这样转子就不会因为摩擦生热而破坏结构，从而可以够减少一些不必要的损失。与此同时，这种材料抵抗压力的能力和抗挠能力也较好，这样就能够承受转子在运行过程中产生的离心力。在设计转子结构时，可以使用两种形式的结构，第一种结构是表贴式，第二种结构是两极圆柱永磁式。如果使用这两种形式的结构，那么就可以更好的保护转子材料。
（二）对电机定子设计的分析
电机定子最重要的功能就是能够散发热量，它是高速永磁电机工作过程中最主要的散发热量的通道，因此，高速永磁电机发生损失和消耗的情况总是发生在电机定子的身上。除此以外，电机转子的损失、消耗和电机定子的结构以及材料也有着非常重要的关联。因此，如果想要保证高速永磁电机正常工作，就一定要设计好电机定子的材料和结构，只有将定子的结构和材料设计好，才能保证电机的安全运行。一方面，在设计定义的结构时，我们可以采用环形绕组的结构形式，这种结构形式有一个非常大的优点，那就是在采用这种结构形式时，它的缠绕方式是一圈一圈的，这样可以在很大程度上减少电机转子对长度的需要。同时，还有一个优点就是这种结构形式也能够提升转子的刚性。这种结构形式有很多的内外槽，我们知道定子最主要的功能就是散发热量，而这种结构形式所带走的那些内外槽恰好可以帮助定子散发热量，为定子散发热量提供便利渠道，所以定子的结构设计采用这种形式的结构再合适不过了。但是，这种形式的结构也存在着一定的问题，那就是采用这种形式结构会使电机转子的损失消耗增大，为了减少转子的损失和消耗，在采用这种形式的结构时，应该增大高速永磁电机各个气隙之间的距离。因此，在设计定子的材料时，应该选择并且应用厚度不超过零点二毫米的硅钢片。
二、对高速永磁电机分析技术的分析
（一）电机损失和消耗方面
就目前而言，在高速永磁电机的分析技术中，电机损失和消耗分析技术是饱受争议的主要技术之一。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为电机在正常工作的过程中，电机的定子会产生很多损失和消耗，比如会产生铁消耗或者铜消耗。所以，很多科研人员已经将研究的重点投放到了对电机运行中定子产生的铁消耗和铜消耗的分析技术之上。希望通过其不断地深入研究能够解决此类问题，不断对分析技术进行完善，使高速永磁电机在更大的范围之内进行研究。
以下是对定子这两种消耗类型的分析：第一种消耗类型铁消耗。这种类型的消耗主要运用的是比损消耗的方法，即通过在一定的频率和磁密度下定子的耗铁量对高速永磁电机工作过程中的耗铁量进行计算，并根据以往的经验，对此结果进行纠正。第二种消耗类型是铜消耗。在对此种消耗类型进行分析的过程之中所采用的是解析模型法。除此以外，在高速永磁电机损失和消耗的分析中，对电机转子涡流的损失消耗分析也占据重要的地位，通过两种方式计算其损失消耗量，其分别是解析法和限元法。
（二）电机转子强度方面
在高速永磁电机正常工作的情况下，转子会因为受到很大的离心力而遭到破坏，为了保证电机转子在运行过程之中的安全，我们必须认真分析转子的强度，做好相关方面的工作，避免产生不必要的损失。在一般情况下，也就是科研人员在分析简单的、没有难度的转子强度时，可以通过分析转子内部的应力而计算出电机转子的强度。而在特殊情况下，在科研人员遇到复杂的电机转子强度时，就要先将计算出来的结果简化，对其进行深入分析，并且还要运用FEM法对电机的各个部位进行相关的分析。在分析转子强度时，一定要做好相关的准备工作，每一个过程都不能出现纰漏，只要这样才能保证计算结果的准确性。此外，为了保证高速永磁电机的正常工作，电机转子的工作状态一定要达到最佳状态，在此基础上对其他相关的动力学内容进行深入的分析。
（三）电机温度的计算方面
高速永磁电机正常工作的过程中会产生很多热量，从而导致电机内部的温度迅速上升。而电机中存在着大量的永磁体，它们会因为受到温度的影响而失去磁性，这就会产生非常严重的后果。所以，此类问题是科研人员目前最关心的电机安全的问题。因为电机工作一定会旋转，而旋转就会产生热量，从而使温度发生变化。所以到底应该如何计算温度成为了科研人员需要进行解决的关键问题。我们国家现存的对电机温度计算的最有效的方法主要分为三种：第一种方法是LPIN法。这种计算方法的主要手段是把电机工作过程中每个部位的损失消耗都当成热能的来源放在相关的节点上，并且把这些热能的来源看成是电流，热阻看成是电阻，温度看成是电压，这样通过相关的公式和已知条件就可以计算出电机在工作过程中的温度变化差值。第二种方法是FEM法。这种方法是通过二维或三维空间进行温度计算。它通过切割高速永磁电机的实体模型，建立二维或三维空间，以此来计算出电机在工作过程中温度变化的差值。第三种方法是CFD法。这种计算方法不要求计算人员具有相关的工作经验，只要通过流固耦合和共轭传热这两种建立模型的技术就可以精确的计算出电机在工作过程中温度变化的差值。这是目前我国最先进、最准确的温度计算方法。
结束语：
众所周知，高速永磁电机最重要的设计部分就是电机定子和转子的材质设计和结构设计，因此，如果想要设计出更好的高速永磁电机就必须将重点放在对这电机定子和转子的设计，从而做出具有良好性能的电机。到目前为止，电机的设计技术仍然存在很多的问题，但是相信在未来这些问题在科研人员的努力下一定会迎刃而解，使得我国的高速永磁电机在更大的范围之内被应用。
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论文作者:张树坤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/11
标签：永磁论文; 电机论文; 转子论文; 定子论文; 消耗论文; 结构论文; 温度论文; 《电力设备》2018年第17期论文;