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一般來說,高轉速電機是指轉速超過10000 r/min或難度值超過100000的電機。目前,高速電機主要有感應電機、內轉子永磁電機、開關磁阻電機、少數外轉子永磁電機和爪極電機。
高速電機具有體積小、功率密度高的特點,可以直接與高速負載相連,消除了傳統(tǒng)的機械增速裝置,降低了系統(tǒng)噪聲,提高了系統(tǒng)傳動效率。高速電機應用比較廣,包括高速磨床、燃料電池、儲能飛輪、電工等領域,具有良好的市場前景。
國外對高速電機的研究有相當的基礎,產業(yè)化水平比較高。由于國內起步較晚,高速電機的研發(fā)多集中在中小功率、低速范圍內,高速電機產業(yè)化水平較低,與國外相比有一定差距。
然而,無論是在國內還是國外,高速電機在設計和分析上仍然存在一些亟待解決的問題。具體來說,在高速電機的設計和分析中存在幾個問題。
首先,基于電磁場、應力場、轉子動力學、流場和溫度場耦合方法的高速電機分析技術還不成熟。
其次,高速軸承面臨著很大的問題,如滾珠軸承不能承受過高的速度,空氣軸承承載能力有限,磁軸承復雜,控制昂貴。
第三,大功率高速電機轉子動力學設計技術不完善,變換系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和實時監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)薄弱;
第四,大功率高速永磁電機冷卻結構復雜,由于風冷和水冷相結合,冷卻效果有限。
第五,高速永磁電機向超高速大功率發(fā)展受到永磁體抗拉強度低、耐溫性差的制約;
第六,表貼式永磁電機合金保護套渦流損耗大,碳纖維保護套導熱性能差,不利于其轉子散熱;
第七,常規(guī)疊片轉子不能承受大的離心力,實心轉子渦流損耗大。
因此,未來高速電機的發(fā)展和研究將基于上述關鍵問題,如基于多物理場、多學科的耦合設計、開發(fā)高強度、耐高溫的永磁材料、研究高強度轉子疊片材料和結構、開發(fā)高速電機控制系統(tǒng)等
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