摘要 ：科技一直在进步，材料新工艺也升级不断，高速电机技术也在持续的更新。高速电机体积小质量轻，因而被用于工业的前沿上。本文针对高速电机设计策略与自身的特点，进行了一些分析和阐述。
关键词：高速电机 设计策略 动力学
一、高速电机的设计特点与技术分析
高速电机的设计特点分为两种，一种为定子绕组电流频率高，一种为转子高速旋转。主要内容：定子绕组电流频率高指的是在高速电机的真实旋转中，旋转的定额频率一定高于1000Hz。转子高速旋转指的就是，高速电机在实际旋转期间，每分钟的旋转次数可以达到万次甚至十万次。
（一）高速电机的电磁设计
当高速电机的频率逐发增高时，高速电机将对铁芯造成快速的损耗，而且这种损耗十分巨大，所以我们一定要尽量减少高速电机对于铁芯的超标损耗，以及尽量让高速电机在低磁场的情况下让磁通密度慢慢达到饱和的状态。由于旋转速度快，所以产生的离心力也是十分巨大的，这就对于转子的材料设计要求比较高，我们可以尝试磁悬浮技术，改变传统机械轴承
（二）磁悬浮技术的相关阐述
磁悬浮技术的使用需要改变原先的机械轴承，升级为不接触的轴承来达到磁悬浮技术的使用，在目前的技术发展阶段，磁悬浮这种高新技术的使用不仅能保证让计划顺利实现，还能为磁悬浮这种高新技术提供有力的更新动力。磁悬浮技术的摩擦损耗极低，也不需要润滑等操作，能够实现延长使用寿命的可能，因此，对于磁悬浮技术应用于高速电机的研究，前景很大。
（三）高速电机的动力学相关概念
高速电机与传统电机相比较分析可以发现，高速电机的转子离心力比较大，如果线速度超过一定数值，那么这种情况下的离心力，一般的常规叠片就很难能够承受，所以技术人员应该去考虑使用材质特殊的叠片与转子去应用到工作中。对于使用永磁电机，时常因为转子的转速太高导致出现问题，无法提高永磁材料的应用效率，要考虑如何保护从而增强效率。
（四）高速电机的控制与结构
高速发电机的常见结构形式有三种，感应电机、磁阻电机与永磁电机。这三种结构形式中从效率和功率密度的角度来看永磁电机具有较高的使用优势，仅次于感应电机的使用。但是在对转子的机械设备的特点角度进行解析时，选择的顺序就应该反过来。在对高速电机的构造进行解析时，应该更看重选型的工作，确保可以提高电磁与工具特性的比较效率，增强控制效果与功率变化系统的使用。目前，常见的高速电机多为永磁电机，这类多为中型功率的高速电机，而在大功率高速电机中，更多的为感应电机。
（五）高速电机的功率变化技术的相关描述
高速电机中产生的高频电流安全稳定的转化为恒定频率和电压的电能，功率变化技术在高速发电机中的作用是不可缺失的，这能让使用者得到有效数据与信息。但是从另一角度看，高速电机的运行需要对变化调速技术有更加明确、高标准的特点。因此，功率变化技术的升级是必要的，对于这种技术存在的问题进行研究也是必要的。
二、高速电机转子的设计特点
（一）转子尺寸的选择
从降低转子离心力的角度考虑，最佳的选择是较小的电机转子。但是转子必须要保证空间的充足性，能够把永磁体放置在转子中。这也意味着需要相关人员保证转子的长度，不可以让它的长度设置过小。通常情况下，高速电机的转子都是长的，想要保证转子刚度符合标准，和传统电机相比较临界转速较高。此时，就不可以选取较长的转子轴向。而对于磁悬浮轴承的高速电机的转子，工作人员就应该看重跨越临界转速的分析，确保降低磁悬浮的控制的准确度，最好设计刚性转子，并保证转子的长度合理。只有在完全了解分析了电磁与机械特性以后，才能确认高速永磁转子长度和直径。
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（二）永磁材料的选择
只有永磁体的磁性理想，才能保证高速转子的理想，所以对于高速电机的永磁体的选择很严格，一方面它本身要具备良好的磁性，另一方面也需要散热条件的成熟。保证在高速永磁电机转子的温度与热稳定控制期间，能够达到相当的标准。因为高速永磁转子的转动速度高，容易导致散热差，所以在使用期间，要避开因温度过高而导致的永磁体不可逆的失磁。
（三）有效选择转子极数
对于高速电机，通常分成二极与四极。二极电机转子永磁体可以对整体结构的保证来维持转子的平衡处于动态平衡，这是最为明显的优点之一。同时，还能够减小定子的绕组电流和铁心中磁场的交变频率。通过这种方式，就可以保证高频附加的损耗有效的降低。但是，二极电机存在的主要问题就是定子绕组端的长度比较长，在铁心辄部，厚度也相对较厚。四极电机和二极电机有所不同，它所表现出来的优势就是定子绕组端的长度比较短，铁心相对较薄。另外，四极电机的劣势表现在了转子的方面，需要几个永磁体之间相互拼接才能保证工作。同时，在定子绕组的电流方面要比二极电机转子更高。
通过比较二极高速电机和四极高速电机，综合考虑以后，高速电机转子极数应选择使用二极形式
（四）永磁转子护套设计的说明
通常，稀土永磁体为高速电机永磁体所选择的材料，因为与粉末治金的永磁材料差不多，也能承受巨大的压应力。但是采用稀土永磁体制作的高速电机很难承受较大的承受拉应力。除此之外，其抗拉强度不如一般的永磁体。所以如果不采取保护措施，那么转子运转过程中的离心力永磁体就无法承受。其中，在对永磁体进行保护的时候，就是在永磁体外部加上非导磁保护套。而永磁体和护套之间应当使用过盈配合的方式。
采用非导磁合金钢护套具有屏蔽作用，而且能够减小永磁体和转子辆中的高频付加损耗，导热性能较好，有利于永磁体的散热；但是会产生涡流损耗。相比于金属护套，碳纤维绑扎带的厚度要小，而且没有高频涡流损耗；但是碳纤维是热的不良导体，不利于永磁转子的散热，而且对永磁体没有高频磁场的屏蔽作用。在碳纤维绑扎的永磁体外加一薄层导电性能良好而不导磁的金属，能够有效地的解决高频磁场进入永磁体和转子扼的问题，减小永磁转子的高频附加损耗。除此之外，碳纤维对永磁体绑扎也能够起到很好的效果。对于永磁转子护套就是为了保证转子在静态的时候能够承受相当强度的压应力，弥补转子运转方面的拉应力问题，如此以往，就可以保证永磁体承受拉应力能够在材料本身的承受能力之内和使用的正常。还会将更多的预压力向永磁体施加。对于护套与永磁体过盈量而言，需要保证转子结构以及运行速度等多种因素的稳定，分析转子的强度。当确定转子高速旋转时永磁体对护套应力后加以使用。
（五）定子铁心材料
因为定子铁心中磁通的变化频率与电机的转速互相为正比，但是单位铁损耗与频率的百次方互为比例关系，一台六万转的电机磁场变化频率是三千转电机频率的20倍，和铁心的磁通密度有所相同，减少铁耗的办法一为降低铁心中的磁通密度二为采用低损耗的铁心材料，但是上述特殊软磁合金成本较高，井晶态合金钢片薄而脆不易加工成型，而SMC材料份处于开发试用阶段。
三、结束语
高速电机由于其体积小、机动性强、重量轻等优点被广泛应用在家电、汽车、航空、船舶等各个方面的领域。而且高速电机由于其自身的优势，还应用于数控雕刻机、精密磨床及高速离心设备当中通过上述对高速电机设计特点与设计策略的粗略讲述，重点说明了转子的相关设计，希望为高速电机的研究与使用提供有力的理论支撑。相信未来高速电机的应用前景会越来越广阔
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论文作者:程千巧
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; 转子论文; 电机论文; 护套论文; 定子论文; 铁心论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第17期论文;