摘要：随着社会经济的不断发展，科学技术取得了巨大的进步，一些全新的工艺和材料也相继得到更好的应用，也给高速电机技术创造了良好的发展空间。高速电机具有体积小、重量轻、机动性强等特点，能够在航空事业、汽车行业、家电等行业中得到全方位的应用。在实际的使用中高速电机自身也具有一定的优势，在高速离心、精密磨床等设备中加以应用。所以，就要对高速电机的设计工作和技术方面进行充分的思考和研究，使其更好的投入于实际应用中。
关键词：高速电机；设计特点；相关技术
高速电机通常指的是转速超过10000r/min的电机，它具有噪音小、节约材料、体积小等方面的特点，在人们的生活中能够得到实际性的运用。国外对高速电机技术方面的研究已经取得了更高的突破，使得高速电机的先进性逐渐凸显出来。我国对于高速电机技术方面研究的起步比较晚，但是在多年的研究和学习中也实现的创新和改进，能够在实际的运用中取得良好的效果。除此之外，也要对高速电机的设计工作提高重视，这样才能够使得高速电机在实际应用中收获更高的成效。
1、高速电机的设计特点分析
1.1电磁设计
高速电机频率高,铁耗大，这种情况下就要想出可行的对策来抑制高速电机对铁心造成的消耗，尽量的保证高速电机在低磁场作用下使得磁通的密度趋向饱和。因为高速电机在实际的运行中速度非常快，产生的离心力就比较强，对转子材料的工艺也会有更高程度的需求。所以在进行生产过程中，最好是选择铸铜转子，因为铜具有优异导电性能，能有效地降低转子的损耗，从而提高电机的整体效率；由于电动机的损耗降低，其转化的热能量也会相应减少，大大地延长了电动机的寿命；此外，铸铜转子设计灵活，而且还能有效地减少震动和噪音，促进生产的便捷性和高效性。
1.2高速电机转子的设计
1.2.1转子的长度和直径的选择
根据减小离心力的角度来进行思考，高速电机转子直径越小越好，因为高速电机转子在实际的运行中需要充足的空间来进行永磁体和转轴的放置，所以就要尽量选择转子直径小的为主。高速电机转子正常情况下都是细长型的，为了确保转子在运行中拥有足量的刚度和转速，转子的轴向的选择不可过长。
1.2.2永磁材料的选择
在进行高速电机永磁材料的选择中要十分严格，不仅要求其具有一定强度的磁性能，而且磁通密度也要较高，磁能积也要控制在最大，这样在高温的工作状态下才能够不失稳定性。因为永磁转子自身存在特殊的性质，在高速和高频的状态下散热的效果不是很好。而且这个过程中造成的消耗也非常大。因此，若是转子出现过热的情况时就会导致永磁体出现不可逆失磁的问题，在实际的工作中要尽量避免此类问题的出现。
1.2.3极数的选择
两级电机的优势就是转子永磁体能够利用整体结构，确保转子按照径向各向同性，这样就能够促进转子的平衡，也能够降低定子绕组电流和铁心中磁场的频率变换，减小高频附加的消耗。但是两级电机的弱势就是定子绕组端相对较长，铁心轭部相对较厚。但是四级电机同两级电机出现的情况就会大有不同，四极电机的优势是定子绕组端不是很长，铁心轭部也不是很厚。尽管四极电机拥有两级电机没有的优势，但是永磁转子主要多块永磁体的拼凑才能够完成，定子绕组的电流和铁心内部的磁场的交变频率也很高。
1.3高速电机定子的设计
1.3.1定子铁心材料选择
因为定子铁心中磁通的变化频率同电机的转速是成正比例的，单位的铁消耗和频率的1.3~1.5次方是成正比例的，因此就要结合实际情况来有效的降低铁心中的磁通密度，运用恰当的方式来降低铁心的使用以及铁心的消耗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆定子铁心磁通频率是根据电机的转速来发生变化的，转速越快那么频率就会越高。其中铁的消耗量同频率之间也是存在着一定必然的关系的，所以在实际中就要相出切实可行的方法来抑制铁心磁通密度，这样就能够降低对铁心材料的消耗。
1.3.2定子铁心的结构
在进行定子铁心结构的设计中，可以利用多槽式、无槽式以及少槽式来进行定子铁心的选择，利用一台两级高速电机在同样的定转子尺寸和运行条件下利用不同槽数定子铁心结构来对磁场做出分析和判断，转子表面一点的磁通密度变化曲线对比，通过对比永磁转子表面气隙磁通密度的变化曲线就能够发现，无槽定子没有产生高频齿谐波磁场，这对于降低转子的消耗而言是非常有效果的，但是气隙若是超出规定的范围，永磁体产生的气隙磁场就不能够满足条件，使得材料的利用率低下。
1.4高速电机轴承的设计
1.4.1磁力轴承
磁力轴承能够分成主动式、被动式以及混合式这三种形式。其中主动式磁力轴承能够实现转子的悬浮，利用控制器来进行转子位置的检查，适当的调整磁线圈电流就能够对悬浮力进行有效的掌控，以此来促进转子悬浮的稳定性；而被动式磁力轴承是现阶段的一种先进形式，是由永磁体结构组成，在实际的运用中不需要进行控制，在一个自由度上施加力就可以了，但是这个过程中也要防止出现不稳定的状况；混合式磁力轴承是主动式与被动式的组合形成，在不断的施加永磁体的偏磁磁场过程中就能够降低主动式磁力轴承的控制功率。
1.4.2磁悬浮无轴承
磁悬浮无轴承电机是一种把磁力轴承与电机合为一体的形式，电机定转子不仅能够产生驱动电机转动的旋转力矩，也能够产生促进转子悬浮的电磁力。无轴承电机同传统的交流电机在结构大致没有什么区别，为了产生磁悬浮力，要在原有产生旋转力矩定子绕组的基础上，还要添加一套磁悬浮力控制绕组。
2、高速电机的相关技术应用分析
在高速电机中，最好是选择高频的逆变器来进行电能的供应，高速发电机正常情况下输出的都是高频交流电，因此就要利用一定的方法将电力的电子功率进行变换，在实际的运用中能够接受和运用恒频恒压交流电。正常的高速电机都是高频供电的，这也是导致其出现严重损耗的主要原因，而且散热情况也不尽人意。这种情况下就要通过电机绕组电压和电流来产生正弦波，与此同时也能够降低高次谐波的损耗，但是就要对功率的变换装置提出更高程度的要求。在现阶段的科学技术水平能力下，高速电机主要利用的领域就是微型燃气轮机驱动，而且高速电机的特点是其自身利用了电机分布式供电系统，使得高速电机的控制和变换功率技术更加的复杂化。若是机组转速达到一定程度后微型燃气轮机点火，在转速不断增大的过程中，微型燃气轮机的驱动功率也会逐渐增大，高速电动机输出机械功率降低转变成为发电机输出电功率，逐渐将高速发电机输出高频交流电变换成为直流电，之后利用输出逆变器转换成恒频恒压工频交流电对用户提供电的输送。
结束语：
综上所述，随着社会的发展，时代的进步，科学技术的不断创新，高速电机的发展空间是十分巨大的，在发展中逐渐向频率佳、体积小、噪音低的方向迈进。现阶段我国在高速电机的研制水平上也取得大幅度的提升，在未来高速电机将以灵活、便捷的形式呈现在人们眼前，在各个领域的生产中得到广泛的应用，在方便了人们生活的同时，也使得各个领域的产品效率不断提升，使得高速电机迈向全新的发展高度。
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论文作者:覃庆国
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
标签：电机论文; 转子论文; 永磁论文; 铁心论文; 定子论文; 绕组论文; 轴承论文; 《电力设备》2017年第30期论文;