中國高轉(zhuǎn)速電機設計存在的七個大問題
【導讀】無論是國內(nèi)國外，高速電機仍存在設計與分析方面亟需解決的問題。具體來說，高速電機在設計與分析方面主要存在以下幾個問題。
    由于研究基礎薄弱，我國高速電機產(chǎn)業(yè)化水平較低，與國外相比尚有較大差距，特別是兆瓦級以上的大功率高速電機和超高速高速電機應用很少，在設計和分析方面存在很多問題。
高速電機一般是指轉(zhuǎn)速超過超過一萬r/min或難度值超過十萬的電機，目前實現(xiàn)高速化的主要有感應電機、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機、開關磁阻電機以及少數(shù)外轉(zhuǎn)子永磁電機和爪極電機等。

    高速電機的特點是體積小、功率密度大，可與高速負載直接相連，省去了傳統(tǒng)的機械增速裝置，能減少系統(tǒng)噪音，并提高系統(tǒng)傳動效率。高速電機可應用范圍廣闊，包括高速磨床、燃料電池、儲能飛輪、國際電工等領域，市場前景良好。
    國外對于高速電機的研究已具備相當?shù)幕�礎，產(chǎn)業(yè)化水平較高。我國由于起步較晚，研制多集中于中小功率和較低轉(zhuǎn)速范圍，高速電機的產(chǎn)業(yè)化水平偏低，與國外相比存在一定差距。
不過，無論是國內(nèi)國外，高速電機仍存在設計與分析方面亟需解決的問題。具體來說，高速電機在設計與分析方面主要存在以下幾個問題。
第一，基于電磁場、應力場、轉(zhuǎn)子動力學、流體場與溫度場等多物理場耦合方法來分析高速電機的技術尚不成熟;
第二，高速軸承面臨問題較大，如滾球軸承無法承受過高轉(zhuǎn)速，空氣軸承承載負載能力有限，磁懸浮軸承控制復雜且價格昂貴。
第三，大功率高速電機的轉(zhuǎn)子動力學設計技術尚未完善，變換系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)比較薄弱;
第四，大功率率高速永磁電機冷卻結(jié)構(gòu)復雜，多采用風冷和水冷相結(jié)合，冷卻效果有限;
第五，高速永磁電機向超高速和大功率方向的發(fā)展，受到永磁體抗拉強度低、耐溫能力差等制約;
第六，面貼式永磁電機的合金保護套存在較大的渦流損耗，碳纖維保護套的導熱系數(shù)較差，不利于其轉(zhuǎn)子散熱;
第七，常規(guī)疊片轉(zhuǎn)子不能承受較大的離心力，實心轉(zhuǎn)子存在較大的渦流損耗。
所以，未來高速電機的發(fā)展和研究將基于上述關鍵問題，如基于多物理場和多學科的耦合設計，開發(fā)高強度與高耐溫能力的永磁材料，研究高強度轉(zhuǎn)子疊片材料和結(jié)構(gòu)，研制高速電機控制系統(tǒng)等。