关键词：高速永磁电机；设计要点；注意问题
引言：随着科学技术的发展，高速永磁电机在工业上的应用得到了一定程度的重视。相较于普通电机，高速永磁电机的设计虽然仍需遵循基本的电磁原理，但是由于其具有体积小和转速高等多方面的特点，所以就需要解决高转速为其带来的一系列问题。而就目前而言，高速永磁电机的设计要点是电机转子和定子的设计，而在设计中必须对电机损耗、转子强度和温升计算等问题进行关注。
一、高速永磁电机的设计要点
当前高速永磁电机设计主要包括电机转子设计和电机定子设计两方面的内容，具体如下：
1、电机转子设计
在高速永磁电机运行的过程中，转子会进行高速的旋转。所以，伴随着电机的运转，因旋转产生强大的离心力需要转子具有更高的强度，而因摩擦产生的高温也容易对转子转轴和轴承的结构进行破坏。所以，想要保证电机的稳定运行，就需要使转子在具有一定的强度的同时，具有低损耗和耐高温的特性。而想要达成这些目的，就需要从转子的材料和结构的设计上来进行考量。一方面，在材料设计上，现在通常使用的都是具有较高矫顽力的铁氧体或者稀土永磁材料。而之所以选择这种材料，首先是因为材料本身具有较小的温度系数，可以在高温时维持转子的稳定的转矩特性。其次，该种材料还能适应较高的温度下的较小的材料尺寸的变化，从而可以用于温度较高的场合而能够保持机械结构的可靠性。再者，该种材料具有较强的抗压性和抗挠强度，可以承受因高速运转产生的较高一定的离心力。但是值得注意的是，该种材料的抗拉强度非常低，因此需要采用一定的结构设计进行材料的保护。在结构设计上，如今最常使用的是表贴式结构和两级圆柱永磁结构，对转子磁体材料形成一个相对稳固的抗压壳体。
2、电机定子设计
与高速永磁电机转子有所差别，定子属于高速永磁电机的散热通道。因而，当前高速永磁电机大多数的损耗均是由于定子所产生的，而且转子所产生的损耗跟定子的结构以及所使用的材料有着紧密的联系。因而，如何设计高速电机定子的结构以及所使用的材料，是当前高速永磁电机设计研究的关键工作内容。一方面，在设计高速永磁电机定子结构时，当前主要使用的是环形绕组的结构。此种定子结构，首先要求绕组位于电机的轭部，以最大化地减少转子正常工作所需的长度，以提升转子的刚度。其次，由于此种定子结构内外槽相对较多，可以考虑利用为散热通道，以达到散热的作用。应关注的是，由于电子在高速使用中，此种结构所构造的齿槽极易增加转子的损耗。因而，为了减少该损耗，可以考虑增加气隙长度以更好地完成散热操作。此外，在当前所采取的定子结构设计中，厚度不超过0.2MM 的无取向硅钢片是目前使用范围最为广泛的。随着科技的持续进步，软磁复合材料受到的关注力也慢慢增加，应用范围越来越广。
二、高速永磁电机设计中的注意问题
1、电机损耗问题的分析
对电机损耗的分析技术，是目前高速永磁电机分析技术中较为热门的话题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这是因为在高速永磁电机的运行过程中，电机定子势必会产生一定的铁耗或者铜耗，因此，目前许多学者都加强了对定子铁耗与定子铜耗分析技术的研究。在定子铁耗的分析上，主要采取比损耗法，也就说按照特定频率和磁场下的定子铁耗进行高速永磁电机运行过程中定子铁耗的计算，并且结合一定的经验系数，对所得计算结果进行修正。而在定子铜耗的分析上，则主要采取解析模型效应方法进行定子铜耗计算。此外，在高速永磁电机损耗分析中，对电机转子涡流损耗的分析也是重中之重，往往采用解析法与有限元法，通过这两种方法对电机转子涡流损耗进行分析。
2、电机转子强度问题的分析
在高速永磁电机的实际运行过程中，由于电机转子会受到来自离心力的巨大破坏。因此，为了进一步确保电机转子的安全稳定运行，就必须在电机转子设计的过程中，做好对电机转子强度的分析工作。通常情况下，我们在分析结构简单的电机转子强度时，往往可以将其转子内部的应力以及永磁体内部的应力进行准确的分析，得出计算结果。在分析结构复杂的电机转子强度时，则需要先对计算结果进行简化解析，并利用FEM 法对电机各项材料的性质分别进行分析。而在分析实际运转中的电机转子强度时，则应该做好对转子二维轴向截面的分析工作，从而实现较小规模的电机转子强度分析。与此同时，为了确保在高速永磁电机运行过程中，电机转子能够保持良好的工作性能，还要对电机转子的临界转速、稳定性、不平衡相应等动力学内容展开详细的分析。
3、电机温度问题的分析
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。因此如何计算温度成为了科研人员需要进行解决的关键问题。现如今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。
三、结束语
综上所述，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，就必须把重点放在对电机定子和转子的设计上，从而设计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:王潇
论文发表刊物:《城镇建设》2019年2卷16期
论文发表时间:2019/11/20
标签：永磁论文; 电机论文; 转子论文; 定子论文; 温度论文; 结构论文; 材料论文; 《城镇建设》2019年2卷16期论文;