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音曼顿-电机本体之高速电机

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-05-31 15:01:31



 电机已经发展了近200年,各方面的研究都非常成熟。然而,国内外仍有许多大学和研究机构致力于电机本体的研究,高速电机是关键的研究方向之一。我们通常最常见的是数百千瓦,数百转的电机,但传统的电机速度上升,功率上升,然后出现了许多新的科学问题。事实上,这也是许多专家和学者进行研究的常规。传统设备越来越成熟,很难做出创新的事情,所以我们不断提高设备的性能指标,自然会产生一些新的科学问题。高速电机是在传统电机的基础上不断提高速度和功率的研究方向。



一、高速电机的定义


1.转速: 有文献称转速超过1万转的电机为高速电机。事实上,这个定义是非常不合适的。从电磁和机械的角度来看,数万甚至数十万转的小功率电机并不难。


举个例子,高速无刷直流风机,功率约400转W年产量几十万台左右,我见过两款产品。这两年国内一些小型电机厂也在跟风,功率在200到600之间。W之间,速度在6万到20万转之间。我以前在广交会上看过一家国内制造商的展品。他们声称电磁效率超过90%。高速小功率电机转矩特别小,电流不大,铜耗自然不高。铁消耗与电机体积成正比,样品定子直径约40mm左右,叠厚10mm这么小的电机用0左右,.2.硅钢板,如果转子使用磁环,铁消耗自然不高,所以他们说90%以上的电磁效率应该不是假的。从机械的角度来看,风磨损失是由转子表面与空气摩擦引起的,这与转子表面的粗糙度和圆柱形密切相关。小磁环更容易加工,粗糙度和圆柱形可以控制在高精度。至于轴承,外径为20mm在此期间,国内很多厂家都能做到转速超过10万转的轴承。我以前在展会上见过很多,每个几元。说了这么多,只是为了说明小功率高速电机技术难度低,这种电机量产直接材料的成本可以控制在50元以内,国内很多厂家都能做到,所以高速电机不能用转速来定义。


2.难度值:高速电机是根据难度值的概念定义的。所谓难度值,就是转速和功率平方根的乘积。他们认为难度值超过10的5倍方电机是高速电机。按照这个概念,一万转电机的功率是100KW只是高速电机。事实上,我仍然同意这个概念。仅仅高速使用电机并不难,但高速技术使用大功率电机更加困难。但我有两个问题,为什么功率要打开一个广场?105次方的参数合理吗?


3.线速:用电机转子表面线速来定义高速电机也是准确的。线速与转速和转子半径的乘积成正比,转子半径也与电机功率正相关,因此线速实际上与难度值表达的含义相似。我们在2016年做了310KW转子线速度210的大功率电机m/s,当时第一个样机安装试运行时,转子硅钢板直接爆炸。当然,原因有很多,但当时确实低估了高速离心力的作用,线速超过200m/s转子硅钢片很难承受离心力的作用,有很多解决办法,稍后再详细说明。


4、轴承DN值:根据轴承直径和速度的乘积来定义高速电机也是合理的。与前两个一样,大功率电机负载较大,需要选择刚度较大的轴承,相应的轴承直径较大,轴承速度为电机速度。近年来,我有幸联系了国内外一些大型轴承制造商,详细介绍了轴承的参数和加工工艺。


二、电机散热


我接触过的电机散热方式主要包括水冷和风冷。下图为工业高速大功率电机。我们将在定子和外壳的结合面上打开弹簧螺旋水槽。图中的橡胶管是进出水管,通过流动的水带走定子产生的热量。循环水槽的设计也非常精致。水槽设计为方形、三角形或圆形。无论我们是在槽面积上做更多的小循环圈还是更大的循环圈,这些都需要对不同尺寸的电机进行不同的优化设计。


转子部分的热量主要由转子涡流损耗、轴承摩擦损耗和转子风磨损引起,其中转子涡流损耗主要由高谐波和齿槽引起的涡流损耗引起;轴承摩擦损失更容易理解,滚珠内外圈之间的高速滚动摩擦产生的热量通过内外圈传递到轴和外壳;风磨损失与转子表面粗糙度和圆柱形有关,这很容易被忽视,我可以形象地描述,如果转子是一个完美的圆,那么转子外表面和空气之间的摩擦损失是最低的,如果粗糙度更大,也就是说,完美的圆形表面有很多尖刺,那么尖刺和空气之间的摩擦加热就更大了,如果转子不是一个完美的圆形,它是一个椭圆形或像过山车一样不均匀,像风叶一样旋转,不仅加热,而且还消耗部分扭矩。


转子的散热主要是通过风冷。下图中的两个风扇向电机吹风,带走绕组和转子上的热量。此外,我们将在转子轴向上打开孔。同样,在不影响电磁性能的基础上,我们更注重打开更大、更少或更多的小孔。




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