高速电机的定义

时间：2023-03-20

1.转速：有文献中把转速**过一万转的电机称为高速电机，其实这种定义是较不恰当的。几万转甚至十几万转的小功率电机不管是从电磁还是机械的角度都没有什么技术难度。

举个例子，Nidec和戴森前年均发布了一款12万转的高速无刷直流风机，功率大概在400W左右，年产量几十万台，两款产品我都见过，这两年国内一些小的电机厂也都在跟风做这个，功率在200到600W之间，转速在6万到20万转之间，我之前在**上看到过一个国产厂家的展品，他们自称电磁效率做到了90%以上。高速小功率电机转矩特别小，所以电流不大，那么铜耗自然不高。铁耗跟电机体积成正比，样品定子直径大概40mm左右，叠厚10mm左右，这么小巧的电机如果用上0.2的硅钢板，转子用磁环，那么铁耗自然也不高，所以他们说的电磁效率90%以上应该并不假。从机械的角度上来讲，风磨损耗是由于转子表面与空气摩擦产生的，与转子表面粗糙度和圆柱度有很大关系，小的磁环更容易加工，粗糙度和圆柱度可以控制到很高的精度。至于说轴承，外径20mm以内，转速在十几万转的轴承国内很多厂家都能做到，之前在展会上也见到过不少，几块钱一个。说了这么多，只是为了说明小功率的高转速电机技术难度较低，而且这种电机量产直材成本完全可以控制到50块钱以内，很多国内厂家都能做，所以不能以转速来定义高速电机。

2、难度值：沈阳工大有学者提出以难度值的概念来定义高速电机，所谓难度值就是转速与功率平方根的乘积，他们认为难度值**过10的5次方的电机就是高速电机，按这个概念来算，一万转的电机，功率做到100KW才算高速电机。其实，这个概念我还是比较认同的，单单只是把电机做到高速并不难，但是把大功率电机做到高速技术难度就比较大。但是我有两个疑问，功率为啥要开方？10的5次方这个参数是否合理？

3、线速度：以电机转子表面线速度来定义高速电机也是比较准确的，线速度正比于转速和转子半径的乘积，转子半径也与电机功率正相关，所以线速度其实与难度值表达的意思相近。2016年的时候我们做过一款310KW的大功率电机，转子线速度210m/s，当时**款样机装起来试运行的时候转子硅钢片直接爆开了，当然原因有很多，但当时确实是低估了高速离心力的作用，线速度**过200m/s时转子硅钢片就已经很难承受离心力的作用，解决的办法也有很多，后面再详述。

4、轴承DN值：以轴承直径和转速的乘积来定义高速电机也是以较合理的，跟之前两个一样，大功率电机负载较大，需选用刚度较大的轴承，相应的轴承直径便很大，而轴承转速便是电机转速。工作这几年有幸接触过一些国内外大型轴承厂家，关于轴承的参数和加工工艺后面详述。

二、电机散热

我所接触过的电机散热方式主要有水冷和风冷结合，下图为一款工业用的高速大功率电机，我们会在定子与机壳的结合面开像弹簧的螺旋形水槽，图中的橡胶管即为进出水管，通过流动的水来带走定子产生的热。循环水槽的设计也是非常讲究的，水槽是设计成方形、三角形还是圆形，我们是把槽的面积做小循环圈数多一点还是把面积做大一点循环圈数少一点，这些需要针对不同尺寸的电机做不同的优化设计。

转子部分的热主要由转子涡流损耗、轴承摩擦损耗和转子风磨损耗产生，其中转子涡流损耗主要由高次谐波引起的涡流损耗和齿槽引起的涡流损耗；轴承摩擦损耗比较好理解，滚珠在内外圈之间高速滚动摩擦产生热量通过内外圈传到轴和机壳上；风磨损耗跟转子表面粗糙度和圆柱度有关，这个很容易被大家忽视，我可以形象一点描述，转子如果是一个**的圆形，那么转子外表面与空气的摩擦损耗是较低的，如果粗糙度较大，也就是**的圆形表面长出了很多尖尖刺，那么尖刺与空气的摩擦发热就更大了，如果转子不是一个**的圆形，是一个椭圆形或者像过山车一样凹凸不平，旋转起来是不是像一个风叶，不仅发热大，还得消耗一部分转矩。

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词条说明
电机原理及电机拖动实验设备,电机原理及电机拖动实验装置
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