

24-12-28
高速、超高速的应用前景广阔但同时给电机带来了极高的挑战,我们将这些问题合并同类项后发现有六大类:散热、选型、转子结构、振动噪音、效率、轴承。
一、散热:电机损耗随转速几何级数提高,高损耗产生的热使得电机温升极速提升,为维持高速运行,必须设计散热良好的冷却方式。
二、选型:永磁电机还是感应电机?还是开关磁阻等其它类型的电机,高速电机种类的选择一直是一个没有标准答案的问题。一般从功率密度和效率的角度出发,选择永磁电机比较有优势,而从可靠性出发选择感应电机和开关磁阻电机。但因为振动噪音较大,开关磁阻的应用较少。
三、转子结构:高速电机的转子结构必须要克服的离心应力,一般在“高速”的范围内采用金属护套、转子本身结构(如Ipm的鱼骨架、IM的转子结构)等,而在“超高速”的范围内采用碳纤维缠绕,或者干脆将振动噪声:转子做成实心一体结构,如储能飞轮的电机。
四、震动噪音的问题是高速电机一大拦路虎。相比普通电机,即有转子动力学产生的振动问题,比如转子的临界转速问题,轴的偏摆振动问题。也有高频电磁力产生的啸叫问题,高速电机的电磁力频率更高,分布范围更广,极易激起定子系统共振。
五、效率:电机损耗随转速几何级数提高, 高损耗使得电机效率快速衰减,为了实现高效,必须治理好各类损耗。以铁耗为例,为了降低涡流损耗,一般采用0.10 mm、0.08 mm的超薄硅钢片。超薄片能够降低涡流损耗但改善不了磁滞损耗,因此超薄片的铁耗磁滞损耗占大头,而普通片中涡流损耗占大头。改善磁滞损耗,可以从下面三条路子出发:优化磁路设计提高磁场正弦性、降低谐波铁耗;降低磁负荷、增加热负荷,降低基波铁耗;从材料选型出发,选择磁滞损耗较小的硅钢片。
除了铁耗之外,高速电机还要额外关注AC损耗,这些损耗是由于高频交变磁场渗透导致的,往往出现在磁钢外、金属护套、定子绕组表面。以治理磁钢的AC损耗为例,常用的方法是将磁钢分成多段,可以在径向分段也可以轴向分段。分段能够减小涡流环流面积,降低AC损耗,
六、轴承:高速电机的轴承选择是关键的问题,一般有磁悬浮、空气轴承、滑动机械轴承、滚珠机械轴承四大类可以选型。磁悬浮轴承应用在较大功率的场合,空气轴承应用在功率和尺寸较小的场合。机械轴承往往需要油润滑,在很多无油应用中受限制。