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高速电机产业化水平偏低 未来将如何发展?

内容简介:国外对于高速电机的研究已具备相当的基础,产业化水平较高。未来高速电机的发展和研究将基于上述关键问题,如基于多物理场和多学科的耦合设计,开发高强度与高耐温能力的永磁材料,研究高强度转子叠片材料和结构,研制高速电机控制系统等。

      由于研究基础薄弱,我国高速电机产业化水平较低,与国外相比尚有较大差距,特别是兆瓦级以上的大功率高速电机和超高速高速电机应用很少,在设计和分析方面存在很多问题。

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      高速电机一般是指转速超过超过一万r/min或难度值超过十万的电机,目前实现高速化的主要有感应电机、内转子永磁电机、开关磁阻电机以及少数外转子永磁电机和爪极电机等。

      高速电机的特点是体积小、功率密度大,可与高速负载直接相连,省去了传统的机械增速装置,能减少系统噪音,并提高系统传动效率。高速电机可应用范围广阔,包括高速磨床、燃料电池、储能飞轮、国际电工等领域,市场前景良好。

      国外对于高速电机的研究已具备相当的基础,产业化水平较高。我国由于起步较晚,研制多集中于中小功率和较低转速范围,高速电机的产业化水平偏低,与国外相比存在一定差距。

      不过,无论是国内国外,高速电机仍存在设计与分析方面亟需解决的问题。具体来说,高速电机在设计与分析方面主要存在以下几个问题。

      第一,基于电磁场、应力场、转子动力学、流体场与温度场等多物理场耦合方法来分析高速电机的技术尚不成熟;

      第二,高速轴承面临问题较大,如滚球轴承无法承受过高转速,空气轴承承载负载能力有限,磁悬浮轴承控制复杂且价格昂贵。

      第三,大功率高速电机的转子动力学设计技术尚未完善,变换系统、控制系统、实时监测系统的研发比较薄弱;

      第四,大功率率高速永磁电机冷却结构复杂,多采用风冷和水冷相结合,冷却效果有限;

      第五,高速永磁电机向超高速和大功率方向的发展,受到永磁体抗拉强度低、耐温能力差等制约;

      第六,面贴式永磁电机的合金保护套存在较大的涡流损耗,碳纤维保护套的导热系数较差,不利于其转子散热;

      第七,常规叠片转子不能承受较大的离心力,实心转子存在较大的涡流损耗。

      所以,未来高速电机的发展和研究将基于上述关键问题,如基于多物理场和多学科的耦合设计,开发高强度与高耐温能力的永磁材料,研究高强度转子叠片材料和结构,研制高速电机控制系统等。

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关键词:高速电机,产业化,未来,发展
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