現在電機界對體積小、功率高的追求那叫一個執著,電機轉速一路飆升,從早期兩三千轉沖到幾萬甚至幾十萬轉。就拿新能源驅動來說,豐田 Prius 從第一代最高轉速 6000 r/min 發展到第四代的 17000 r/min,高轉速妥妥的強趨勢。
高速、超高速電機前景超廣,但挑戰也不少,主要有散熱、選型、轉子結構、振動噪音、高效設計、軸承這六大問題。
先說說散熱,電機損耗隨轉速猛漲,熱量飆升,得有好的冷卻方式。內強迫風冷常見于有強風的場合,像空壓機、鼓風機、飛機電機等,強風直吹帶走熱量。內油冷就適合電機要封閉防護或沒強風的時候,比如 AVL 設計的高速電機用定子槽內油冷,有的還多種冷卻方式組合。發熱和冷卻可是高速電機的大問題。
電機選型也讓人糾結,永磁電機、感應電機還是開關磁阻電機呢?從功率密度和效率看,永磁電機有優勢;從可靠性出發,感應電機和開關磁阻電機更靠譜,但開關磁阻電機噪音大應用少。超高轉速感應電機多,高速感應和永磁電機共存,按需求選就好。
轉子結構得抗住離心應力,“高速”用金屬護套等,“超高速”用碳纖維纏繞或實心一體。永磁高速電機多是轉子護套結構,要避免應力集中哦。
振動噪音也頭疼,高速電機既有轉子動力學振動,又有高頻電磁力嘯叫,容易激起定子共振。轉子設計得做好模態分析和測試,平衡長徑比。
高效設計也重要,損耗隨轉速猛漲,效率衰減快。鐵耗用超薄硅鋼片降渦流損耗,磁滯損耗得優化磁路設計等。高速電機 AC 損耗把磁鋼分段降損耗。
軸承有磁懸浮、空氣軸承、滑動機械軸承、滾珠機械軸承四類。磁懸浮軸承功率大場合用,空氣軸承小功率小尺寸用,機械軸承要油潤滑,無油就受限。
高速電機關鍵問題和技術超多,門檻高難度大,要用多物理場耦合設計。雖然挑戰大,但機遇也多,前景廣,高速化是長期主義,會慢慢改變產業格局。不管找新機會還是提產品競爭力,都值得投資。

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