高速電機的定義

時間：2023-03-20

1.轉(zhuǎn)速：有文獻中把轉(zhuǎn)速**過一萬轉(zhuǎn)的電機稱為高速電機，其實這種定義是較不恰當?shù)?。幾萬轉(zhuǎn)甚至十幾萬轉(zhuǎn)的小功率電機不管是從電磁還是機械的角度都沒有什么技術(shù)難度。

舉個例子，Nidec和戴森前年均發(fā)布了一款12萬轉(zhuǎn)的高速無刷直流風機，功率大概在400W左右，年產(chǎn)量幾十萬臺，兩款產(chǎn)品我都見過，這兩年國內(nèi)一些小的電機廠也都在跟風做這個，功率在200到600W之間，轉(zhuǎn)速在6萬到20萬轉(zhuǎn)之間，我之前在**上看到過一個國產(chǎn)廠家的展品，他們自稱電磁效率做到了90%以上。高速小功率電機轉(zhuǎn)矩特別小，所以電流不大，那么銅耗自然不高。鐵耗跟電機體積成正比，樣品定子直徑大概40mm左右，疊厚10mm左右，這么小巧的電機如果用上0.2的硅鋼板，轉(zhuǎn)子用磁環(huán)，那么鐵耗自然也不高，所以他們說的電磁效率90%以上應該并不假。從機械的角度上來講，風磨損耗是由于轉(zhuǎn)子表面與空氣摩擦產(chǎn)生的，與轉(zhuǎn)子表面粗糙度和圓柱度有很大關(guān)系，小的磁環(huán)較容易加工，粗糙度和圓柱度可以控制到很高的精度。至于說軸承，外徑20mm以內(nèi)，轉(zhuǎn)速在十幾萬轉(zhuǎn)的軸承國內(nèi)很多廠家都能做到，之前在展會上也見到過不少，幾塊錢一個。說了這么多，只是為了說明小功率的高轉(zhuǎn)速電機技術(shù)難度較低，而且這種電機量產(chǎn)直材成本完全可以控制到50塊錢以內(nèi)，很多國內(nèi)廠家都能做，所以不能以轉(zhuǎn)速來定義高速電機。

2、難度值：沈陽工大有學者提出以難度值的概念來定義高速電機，所謂難度值就是轉(zhuǎn)速與功率平方根的乘積，他們認為難度值**過10的5次方的電機就是高速電機，按這個概念來算，一萬轉(zhuǎn)的電機，功率做到100KW才算高速電機。其實，這個概念我還是比較認同的，單單只是把電機做到高速并不難，但是把大功率電機做到高速技術(shù)難度就比較大。但是我有兩個疑問，功率為啥要開方？10的5次方這個參數(shù)是否合理？

3、線速度：以電機轉(zhuǎn)子表面線速度來定義高速電機也是比較準確的，線速度正比于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子半徑的乘積，轉(zhuǎn)子半徑也與電機功率正相關(guān)，所以線速度其實與難度值表達的意思相近。2016年的時候我們做過一款310KW的大功率電機，轉(zhuǎn)子線速度210m/s，當時**款樣機裝起來試運行的時候轉(zhuǎn)子硅鋼片直接爆開了，當然原因有很多，但當時確實是低估了高速離心力的作用，線速度**過200m/s時轉(zhuǎn)子硅鋼片就已經(jīng)很難承受離心力的作用，解決的辦法也有很多，后面再詳述。

4、軸承DN值：以軸承直徑和轉(zhuǎn)速的乘積來定義高速電機也是以較合理的，跟之前兩個一樣，大功率電機負載較大，需選用剛度較大的軸承，相應的軸承直徑便很大，而軸承轉(zhuǎn)速便是電機轉(zhuǎn)速。工作這幾年有幸接觸過一些國內(nèi)外大型軸承廠家，關(guān)于軸承的參數(shù)和加工工藝后面詳述。

二、電機散熱

我所接觸過的電機散熱方式主要有水冷和風冷結(jié)合，下圖為一款工業(yè)用的高速大功率電機，我們會在定子與機殼的結(jié)合面開像彈簧的螺旋形水槽，圖中的橡膠管即為進出水管，通過流動的水來帶走定子產(chǎn)生的熱。循環(huán)水槽的設計也是非常講究的，水槽是設計成方形、三角形還是圓形，我們是把槽的面積做小循環(huán)圈數(shù)多一點還是把面積做大一點循環(huán)圈數(shù)少一點，這些需要針對不同尺寸的電機做不同的優(yōu)化設計。

轉(zhuǎn)子部分的熱主要由轉(zhuǎn)子渦流損耗、軸承摩擦損耗和轉(zhuǎn)子風磨損耗產(chǎn)生，其中轉(zhuǎn)子渦流損耗主要由高次諧波引起的渦流損耗和齒槽引起的渦流損耗；軸承摩擦損耗比較好理解，滾珠在內(nèi)外圈之間高速滾動摩擦產(chǎn)生熱量通過內(nèi)外圈傳到軸和機殼上；風磨損耗跟轉(zhuǎn)子表面粗糙度和圓柱度有關(guān)，這個很容易被大家忽視，我可以形象一點描述，轉(zhuǎn)子如果是一個**的圓形，那么轉(zhuǎn)子外表面與空氣的摩擦損耗是較低的，如果粗糙度較大，也就是**的圓形表面長出了很多尖尖刺，那么尖刺與空氣的摩擦發(fā)熱就較大了，如果轉(zhuǎn)子不是一個**的圓形，是一個橢圓形或者像過山車一樣凹凸不平，旋轉(zhuǎn)起來是不是像一個風葉，不僅發(fā)熱大，還得消耗一部分轉(zhuǎn)矩。

詞條
詞條說明
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