高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

1、一、高速電機(jī)簡(jiǎn)介一、高速電機(jī)簡(jiǎn)介二、二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀三、三、高速電機(jī)保護(hù)套設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析高速電機(jī)保護(hù)套設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析四、高速電機(jī)四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)和損耗計(jì)算電磁設(shè)計(jì)和損耗計(jì)算五、高速電機(jī)五、高速電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和溫升計(jì)算冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和溫升計(jì)算六、總結(jié)六、總結(jié)目錄一、高速電機(jī)簡(jiǎn)介一、高速電機(jī)簡(jiǎn)介高速電機(jī)通常指轉(zhuǎn)速超過(guò) 10000 r /min的電機(jī)。高速電機(jī)體積小、可與高速負(fù)載直接相連、省去傳統(tǒng)的機(jī)械增速裝置、減小系統(tǒng)噪音和提高系統(tǒng)傳動(dòng)效率。目前成功實(shí)現(xiàn)高速化的主要有感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。高速電機(jī)的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子速度高、定子繞組電流和鐵心中的

2、磁通頻率高、功率密度和損耗密度大 。這些特點(diǎn)決定了高速電機(jī)具有不同于常速電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)和制造難度往往成倍大于普通速電機(jī)。既然設(shè)計(jì)制造這么難，那么高速電機(jī)的應(yīng)用前景究竟如何？它到底能應(yīng)用在哪些領(lǐng)域呢？一、高速電機(jī)簡(jiǎn)介一、高速電機(jī)簡(jiǎn)介高速電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域：(1) 高速電機(jī)在空調(diào)或冰箱的離心式壓縮機(jī)等各種場(chǎng)合得到應(yīng)用。(2) 隨著汽車工業(yè)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展，體積小，重量輕的高速發(fā)電機(jī)將會(huì)得到充分的重視，并在混合動(dòng)力汽車，航空，船舶等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。(3)由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的高速發(fā)電機(jī)體積小，具有較高的機(jī)動(dòng)性，可用于一些重要設(shè)施的備用電源，也可作為獨(dú)立電源或小型電站，彌補(bǔ)集中式供

3、電的不足，具有重要的實(shí)用價(jià)值。一、高速電機(jī)簡(jiǎn)介一、高速電機(jī)簡(jiǎn)介右圖為工業(yè)機(jī)器人高光機(jī)，應(yīng)用的永磁無(wú)刷直流電機(jī) 350W，60kr/min。二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1、高速感應(yīng)電機(jī)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低，并且能夠在高溫和高速的條件下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因此感應(yīng)電機(jī)在高速領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。目前，國(guó)內(nèi)外高速感應(yīng)電機(jī)中，功率最大的為15 MW，其轉(zhuǎn)速為20000 r/min，為ABB公司2002年研制，采用實(shí)心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。高速感應(yīng)電機(jī)速度最大的是由Westwind Air Bearings研制的，轉(zhuǎn)速為300000 r/min，其功率為200 W，用于PCB鉆床主軸。同樣，

4、國(guó)外還實(shí)現(xiàn)了功率為10 kW，180000 r/min轉(zhuǎn)速的高速感應(yīng)電機(jī)用作測(cè)試電機(jī)。二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀右圖為Westwind Air Bearings研制的高速感應(yīng)電機(jī)。功率200 W，轉(zhuǎn)速300000 r/min。二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)的研究相對(duì)落后，其中沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)、重慶德馬電機(jī)、海軍工程大學(xué)、浙江大學(xué)等研究單位對(duì)高速感應(yīng)電機(jī)開(kāi)展了許多研究工作。重慶德馬電機(jī)研制了 100 kW、25000 r/min高速感應(yīng)電機(jī)。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)對(duì)功率為 280 kW、轉(zhuǎn)速為12000 r/min，線速度為 132 m/s，采用普通疊片結(jié)構(gòu)

5、的高速感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行了相關(guān)研究。海軍工程大學(xué)對(duì) 2.5 MW的高速感應(yīng)電機(jī)開(kāi)展了相關(guān)研究等等。二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀表表1 1 國(guó)內(nèi)外高速感應(yīng)電機(jī)的研究國(guó)內(nèi)外高速感應(yīng)電機(jī)的研究功率(kW)轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)子類型 線速度(m/s) 來(lái)源1500020000實(shí)心-ABB0.2300000-Westwind10180000實(shí)心219日本15008800-重慶德馬電機(jī)10025000-重慶德馬電機(jī)28012000普通疊片132沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2、高速永磁電機(jī)永磁電機(jī)由于其效率和功率因數(shù)高及轉(zhuǎn)速范圍大等優(yōu)點(diǎn)，在高速應(yīng)用領(lǐng)域備

6、受青睞。相對(duì)于外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)，內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)具有轉(zhuǎn)子半徑小及可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，成為高速電機(jī)首選。 二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)外高速永磁電機(jī)中，功率最大的高速永磁電機(jī)，是美國(guó)研究的，功率為 8 MW，轉(zhuǎn)速15000 r/min，為面貼式永磁轉(zhuǎn)子，保護(hù)套采用的是碳纖維，冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)冷水冷結(jié)合的方式，用于與燃?xì)廨啓C(jī)匹配的高速電機(jī)。瑞士的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院設(shè)計(jì)了最高轉(zhuǎn)速的高速永磁電機(jī)。參數(shù)為500000 r/min，功率為1 kW，線速度為261 m/s，采用合金保護(hù)套。二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)高速永磁電機(jī)的研究主要集中在浙江大學(xué)、

7、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)、哈爾濱理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天電機(jī)、東 南 大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、江蘇大學(xué)、北京交通大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、南車株洲電機(jī)有限公司等。他們對(duì)高速電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、損耗特性、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度與剛度計(jì)算以及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與溫升計(jì)算等方面開(kāi)展了相關(guān)的研究工作， 并制作了不同功率等級(jí)和轉(zhuǎn)速的高速樣機(jī)。二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)與江蘇航天動(dòng)力機(jī)電有限公司合作，已研制了1120 kW、18000r/min 的高速永磁電機(jī)，如圖所示，該電機(jī)采用面貼式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子表面線速度為180m /s，采用碳纖維保護(hù)措施。二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、

8、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀此外，浙江大學(xué)對(duì)2.3 kW、150000 r /min的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)的保護(hù)措施、渦流損耗開(kāi)展了深入研究；東南大學(xué)對(duì)功率600 W，轉(zhuǎn)速20000r/min的高速永磁電機(jī)進(jìn)行了研究；廣東工業(yè)大學(xué)對(duì)0.6 kW，200 000 r /min的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行了理論分析等等。但國(guó)內(nèi)對(duì)高速永磁電機(jī)的研制多集中在500kW以下的中小功率和中低轉(zhuǎn)速階段，對(duì)大功率尤其是兆瓦級(jí)和超高轉(zhuǎn)速永磁電機(jī)的研究還較少。高速永磁電機(jī)有面貼式(SPM)和內(nèi)置式(IPM)兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。除少數(shù)采用內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)外，其余多采用面貼式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外

9、發(fā)展現(xiàn)狀功率(kW)轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)子類型 線速度(m/s)保護(hù)套來(lái)源 800015000SPM250碳纖維美國(guó)1500000SPM261合金蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院500015000SPM-碳纖維美國(guó)11760000SPM-合金哈爾濱理工大學(xué)112018000SPM180碳纖維沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)2.3150000SPM188合金浙江大學(xué)0.6200000SPM219合金廣東工業(yè)大學(xué)表表2 2 國(guó)內(nèi)外高速永磁電機(jī)的研究國(guó)內(nèi)外高速永磁電機(jī)的研究二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀3、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉以及耐高溫等優(yōu)點(diǎn)而備受矚目， 在高速領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣

10、泛。高速開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)目前可達(dá)的最大功率為250 kW，轉(zhuǎn)速22000 r /min,最高轉(zhuǎn)速為200000 r /min，功率1 kW。南京航空航天大學(xué)、北京交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等對(duì)高速開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)展了相關(guān)研究工作，其中南京航空航天大學(xué)研制了1 kW，130000 r /min的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、高速電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀表表3 3 三種高速電機(jī)的對(duì)比三種高速電機(jī)的對(duì)比感應(yīng)電機(jī)永磁電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；功率密度居中；轉(zhuǎn)子耐高溫；成本低；實(shí)心轉(zhuǎn)子可承受較大離心力效率功率因數(shù)高；功率密度大；定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多樣；控制特性好效率居中；轉(zhuǎn)子耐高溫；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；繞組端

11、部短；成本低缺點(diǎn)轉(zhuǎn)子損耗大，效率低；功率因數(shù)較低；疊片轉(zhuǎn)子端環(huán)易損壞；實(shí)心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子渦流損耗大永磁體抗拉強(qiáng)度小，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)需保護(hù)套，加工較復(fù)雜；永磁轉(zhuǎn)子在高溫下易發(fā)生不可逆退磁；成本高效率較低；噪聲大；轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和轉(zhuǎn)子機(jī)械振動(dòng)大；轉(zhuǎn)子風(fēng)磨耗大；需要精確的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)矩和電流進(jìn)行控制，控制復(fù)雜三、高速電機(jī)保護(hù)套設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析三、高速電機(jī)保護(hù)套設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子離心力很大，轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析和保護(hù)套設(shè)計(jì)是高速電機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前對(duì)高速永磁電機(jī)開(kāi)展的轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析主要是針對(duì)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力分析校核永磁體所承受應(yīng)力是否超過(guò)許用應(yīng)力，保證轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定運(yùn)行。由于大多數(shù)高速永磁電機(jī)選用釹鐵

12、硼永磁材料，該材料抗壓強(qiáng)度較大，而抗拉強(qiáng)度很小，因此對(duì)于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)的永磁體，必須采取保護(hù)措施。三、高速電機(jī)保護(hù)套設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析三、高速電機(jī)保護(hù)套設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析目前最常用的保護(hù)措施主要有兩種：一種是采用碳纖維綁扎永磁體，另外一種是在永磁體外面加高強(qiáng)度非導(dǎo)磁合金保護(hù)套。但合金護(hù)套的電導(dǎo)率較大，空間和時(shí)間諧波會(huì)在合金護(hù)套中產(chǎn)生較大的渦流損耗，碳纖維護(hù)套的電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于合金護(hù)套，可以有效的抑制護(hù)套中的渦流損耗，但碳纖維護(hù)套的熱導(dǎo)線很差，轉(zhuǎn)子熱量難以散出，且碳纖維護(hù)套的加工工藝復(fù)雜，對(duì)加工精度要求較高。但是對(duì)于高速外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)，不需要采取保護(hù)措施，因此轉(zhuǎn)子應(yīng)力分析的研究較少。三、高速電機(jī)保

13、護(hù)套設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析三、高速電機(jī)保護(hù)套設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析英國(guó)布里斯托大學(xué)Jason M. Yon 提出了一種半導(dǎo)磁的合金保護(hù)套，合金套的相對(duì)磁導(dǎo)率為 7.2，并對(duì)不導(dǎo)磁和半導(dǎo)磁合金保護(hù)套的電磁特性進(jìn)行了分析。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)王鳳翔教授對(duì)一臺(tái)60000 r/min的告訴高速永磁電機(jī)設(shè)計(jì)了合金保護(hù)套，并對(duì)旋轉(zhuǎn)、靜止等不同工況下的轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行理論分析和二維有限元計(jì)算。浙江大學(xué)有提出一種周向和軸向開(kāi)槽的合金保護(hù)套，并對(duì)其進(jìn)入了深入的研究結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)可以在滿足轉(zhuǎn)子強(qiáng)度的要求下，有效減小合金保護(hù)套中的渦流損耗。四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算高速電機(jī)的鐵耗和銅耗的計(jì)算方法與

14、一般電機(jī)有著較大的區(qū)別。對(duì)于普通電機(jī)，磁場(chǎng)的諧波頻率比較低，轉(zhuǎn)子渦流損耗一般可以忽略，而對(duì)于高速永磁電機(jī)，轉(zhuǎn)子渦流損耗較大，會(huì)給電機(jī)散熱帶來(lái)嚴(yán)重的困難，而永磁體在過(guò)高的溫度下會(huì)發(fā)生不可逆退磁。因此對(duì)高速電機(jī)進(jìn)行合理電磁設(shè)計(jì)與損耗的準(zhǔn)確計(jì)算成為高速電機(jī)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算在高速電機(jī)中，由于工作頻率較高，定子鐵心損耗成為電機(jī)的主要損耗，對(duì)電機(jī)的效率和發(fā)熱性能起到主導(dǎo)性作用，計(jì)算定子鐵耗，目前比較經(jīng)典的計(jì)算方法是建立 Bertotti 鐵耗分立計(jì)算模型，也就是將鐵耗分為三部分，分別為磁滯損耗、經(jīng)典渦流損耗和異常渦流損耗。四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損

15、耗計(jì)算四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算東南大學(xué)胡虔生教授等采用兩個(gè)相互正交的交變磁化來(lái)近似等效旋轉(zhuǎn)磁化，使得這種方法既考慮了諧波磁場(chǎng)又考慮了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而且損耗系數(shù)可以直接從硅鋼片廠家提供的交變磁化方式下的損耗曲線擬合獲得，因而實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單且具有較高的精度。由于高速電機(jī)的鐵耗與磁通密度分量的幅值有關(guān)，為了準(zhǔn)確計(jì)算損耗，還需分析電機(jī)內(nèi)的電磁場(chǎng)。芬蘭赫爾辛基大學(xué)和瑞典斯德哥爾摩皇家技術(shù)學(xué)院都對(duì)高速電機(jī)內(nèi)的電磁場(chǎng)做了比較詳盡的分析。四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算轉(zhuǎn)子的損耗主要包括轉(zhuǎn)子空氣摩擦損耗和轉(zhuǎn)子渦流損耗兩部分，轉(zhuǎn)子渦流損耗主要是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽

16、開(kāi)口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的。由于高速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)子表面的空氣摩擦摩耗要比普通電機(jī)大得多，在電機(jī)總損耗中占有較大比重，因此對(duì)空氣摩擦損耗的研究具有實(shí)際意義。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于空氣摩擦損耗的研究還鮮有報(bào)道，尤其是基于流體場(chǎng)計(jì)算高速電機(jī)轉(zhuǎn)子空氣摩擦損耗。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)通過(guò)對(duì)60000 r/min 高速永磁電機(jī)的研究，對(duì)基于流體場(chǎng)空氣摩擦損耗計(jì)算方法進(jìn)行初步分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算轉(zhuǎn)子的損耗主要包括轉(zhuǎn)子空氣摩擦損耗和轉(zhuǎn)子渦流損耗兩部分，轉(zhuǎn)子渦流損耗主要是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽開(kāi)口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的

17、。由于高速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)子表面的空氣摩擦摩耗要比普通電機(jī)大得多，在電機(jī)總損耗中占有較大比重，因此對(duì)空氣摩擦損耗的研究具有實(shí)際意義。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于空氣摩擦損耗的研究還鮮有報(bào)道，尤其是基于流體場(chǎng)計(jì)算高速電機(jī)轉(zhuǎn)子空氣摩擦損耗。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)通過(guò)對(duì)60000 r/min 高速永磁電機(jī)的研究，對(duì)基于流體場(chǎng)空氣摩擦損耗計(jì)算方法進(jìn)行初步分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算轉(zhuǎn)子渦流損耗目前主要有解析法和有限元兩種分析方法。N.Boules 研究了在傳統(tǒng)渦流損耗分析基礎(chǔ)上考慮定子槽影響的高速永磁電機(jī)渦流損耗解析方法。Seo-Myeong Ja

18、ng 等在考慮空間和時(shí)間諧波基礎(chǔ)上對(duì)高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)氣隙磁密有限元分析及傅里葉分解提出一種適合多定子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子損耗解析計(jì)算方法。Daniel M.Saban 和 Thomas A.Lipo 綜合解析法和有限元法的優(yōu)點(diǎn)提出混合計(jì)算方法來(lái)預(yù)測(cè)高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗。四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算四、高速電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與損耗計(jì)算國(guó)內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的研究主要是研究如何減少轉(zhuǎn)子渦流損耗。浙江大學(xué)周鳳爭(zhēng)等首先將定子電流傅里葉分解，然后等效在定子槽口電流片上，基于有限元對(duì)定子槽口寬度、氣隙長(zhǎng)度和永磁體結(jié)構(gòu)對(duì)渦流損耗的影響做了分析計(jì)算，分析得出增加槽口寬度、減小氣隙和永磁體分塊都不利于

19、減小轉(zhuǎn)子渦流損耗。南京航空航天大學(xué)分別對(duì)高速電機(jī)定子槽及齒冠開(kāi)槽及通用變頻器輸出側(cè)增加感抗器對(duì)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響進(jìn)行研究。研究表明在定子開(kāi)槽有限情況下通過(guò)齒冠開(kāi)槽等效多槽定子結(jié)構(gòu)和電源濾波能有效降低轉(zhuǎn)子損耗。五、高速電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和溫升計(jì)算五、高速電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和溫升計(jì)算高速電機(jī)的體積遠(yuǎn)小于同等功率的常速電機(jī)，不僅功率密度和損耗密度大，而且散熱困難，如果不采用特殊散熱措施，會(huì)使電機(jī)溫升過(guò)高，從而縮短繞組壽命。特別對(duì)于永磁電機(jī)，在轉(zhuǎn)子溫升過(guò)高的情況下， 永磁體易發(fā)生不可逆退磁。設(shè)計(jì)良好的冷卻系統(tǒng)，能有效降低定轉(zhuǎn)子溫升，是大功率高速電機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。五、高速電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和溫升計(jì)算五、高速電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和溫升計(jì)算電機(jī)冷卻方式主要分為風(fēng)冷，油冷，水冷等。近年來(lái)，蒸發(fā)冷卻、風(fēng)冷水冷結(jié)合冷卻等新技術(shù)不斷出現(xiàn)。英國(guó)牛津大學(xué) R. Camilleri 對(duì)軸向磁通永磁電機(jī)提出了定子外水冷和繞組風(fēng)冷相結(jié)合的冷卻系統(tǒng)。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)對(duì)高速永磁電機(jī)的通風(fēng)散熱進(jìn)行了研究，并對(duì)油冷進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)油冷與空冷相比，可以降低轉(zhuǎn)子表面通風(fēng)產(chǎn)生的損耗，同時(shí)也能有效降低轉(zhuǎn)子溫升，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)定子繞組溫度基本和冷卻介質(zhì)溫度一致，因此當(dāng)冷卻油的油溫升高時(shí)電機(jī)溫度也將升高。然而油冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常龐大而復(fù)雜，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行