高速永磁電機設計與分析技術研討

袁超

摘要：近幾年，對于高速永磁電機項目的管理和控制，已經成為社會各界關注的焦點，主要從電機轉子設計和電機定子設計兩個層面進行分析，為保證相關參數的完整性奠定堅實基礎。本文對高速永磁電機設計項目進行了集中分析，并著重討論了高速永磁電機分析技術的特征，旨在為研究部門提供更加有價值的參考建議。

關鍵詞：高速永磁電機；設計模塊；分析技術

中圖分類號：TM351 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2017）015-0-01

一、高速永磁電機設計分析

高速永磁電機設計過程要結合實際需求和管理參數的具體結構，確保設計效果和實際應用水平相適應，在優化設備使用效率的同時，能進一步提高設備應用價值。

第一，要對電機轉子進行精細化設計。由于高速永磁電機在常規化運行過程中，電機的轉子會隨之存在高頻旋轉，因此，電機轉子在運行時會存在較大的離心力，在摩擦環境中，實際質量會受到高溫影響[1]。基于此，要想進一步提高高速永磁電機的運行效率和運行安全性，就要對電機轉子進行有效的強度管理，針對其耐高溫和低損耗特征建立健全穩定的管控機制。設計人員在對電機轉子結構進行全面分析后，要對其結構和材料展開深度整合。一方面，電機轉子材料設計中，要利用矯頑力較高的永磁材料，材料本身維度系數較小，能保證其處在一個較為穩定的溫度環境之中。也能有效適應高溫環境，更好地發揮其實際優勢和價值。需要注意的是，當永磁材料具有較高矯頑力時，其抗撓程度也較好，能更好地承受離心力作用。另一方面，要對電機轉子的結構進行集中設計，主要是利用表貼式永磁結構與和兩極圓柱永磁結構，能在使用過程中對材料產生較好的保護作用。

第二，要對電機定子進行精細化設計。在高速永磁機運行過程中，電機定子是主要的散熱通道，因此，其實際損耗程度和定子的材料、結構有著密切的聯系，需要設計人員針對具體問題進行集中處理，從根本上提高材料設計和結構設計效果的最優化。在電機定子結構設計方面，目前較為常見的就是環形繞組結構模式，最大的優點就在于定子結構能處于軛部，減少電機轉子長度參數的同時，進一步優化電機轉子的剛度。其中，環形繞組結構中的內槽和外槽都能發揮其實際價值，在優化散熱結構的同時，為渠道應用和運行通暢性奠定堅實基礎。另外，在結構設計項目中，齒槽會對電機轉子的損耗產生影響，為了提升其抗損耗能力，增加高速永磁電機氣隙長度，選擇在0.2毫米以下的無取向硅鋼片[2]。

二、高速永磁電機分析技術

要對高速永磁電機分析技術進行綜合性分析和集中整合，確保技術結構和應用效果切實有效，從而優化整體運行效果[3]。

第一，要對電機損耗進行集中分析和綜合性處理。對于高速永磁電機分析技術進行分類管理和應用整合的過程中，要對損耗問題給予高度關注。究其原因，主要是由于電機定子會在運行中出現鐵損耗或者是銅損耗等問題，只有建立健全完整的處理機制和管控措施，才能從根本上優化分析技術的實際性能和處理效果。技術人員要按照特定的頻率以及磁密性對電子的鐵耗進行集中的分析和計算，結合經驗系數統計結果后展開修正操作。另外，對于銅損耗則需要建立解析模型效應方程，對具體參數進行有效的核算和分析。基于此，在高速永磁電機分析技術建立和應用過程中，要電機轉子渦流的分析效果是最關鍵的，需要技術人員結合解析法和有限元法整合相關數據，為數據分析效果升級奠定堅實基礎。

第二，技術人員要對電機轉子強度進行分析，在高速永磁電機運行過程中，電子轉子會受到較大的離心力，為了保證其安全穩定的運行狀態，要對電機轉子設計項目展開深度分析和集中整合[4]。一方面，在分析結構簡單的電機轉子強度時，需要對轉子內部的應力和永磁體內部應力進行分析，從而有效應用計算結果。另一方面，在對結構較為復雜的電機轉子進行分析時，為了得出較為準確的數值，則需要對計算結構進行有效的簡化處理，并應用FEM法對不同材料的性質展開綜合性審定和管理。除此之外，在分析實際運轉的電機轉子強度時，則需要利用二維軸向截面分析機制對規模較小的電機轉子強度展開深度分析。也就是說，為了進一步優化高速永磁電機運行效率，保證其工作性能，要對電機轉子臨界轉速和穩定性等展開詳細分析。

第三，對電機溫升計算進行集中分析，由于高速永磁體工作點會受到溫度的影響，其中，溫度較高會使其出現失磁問題，基于此，技術人員要對溫升水平進行集中控制和調節，保證散熱設計效果的最優化[5]。其中，利用LPTN法、FEM法以及CFD法等進行集中分析，能有效對計算結果進行整合。例如，在應用CFD法的過程中，只需要技術人員借助流固耦合和共軛傳熱建模技術等，對高速永磁電機結構進行系統化分析和拆解，從而有效判定其溫升情況以及分布結構，只有保證計算結果的準確性，才能順利升級技術管控效果。在利用不同計算方法的過程中，要結合實際問題進行優化選擇，確保溫升計算結果的準確性和及時性，尤其要對技術落實結構和管理效果展開深度分析和調研，升級處理效果和技術實效性。

三、結語

總而言之，在對高速永磁電機設計項目和分析技術進行統籌分析時，要著重對定子和轉子材料、結構等展開深度分析，優化技術參數的完整性，著重處理電機損耗、轉子強度以及溫升計算效果等，確保計量技術結構的穩定性符合標準。在電機設計項目開展后，要對高速永磁電機設計技術提供更加有效的思路和技術借鑒，也為高速永磁電機設計項目的可持續發展奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]周鳳爭，沈建新，林瑞光，等.從電機設計的角度減少高速永磁電機轉子損耗[J].浙江大學學報：工學版，2014，41（9）：1587-1591.

[2]劉剛，張強，毛琨，等.基于電壓注入的高速永磁電機諧波電流抑制方法[J].電機與控制學報，2016，20（7）：8-16.

[3]王曉遠，秦慶雷，王耕籍，等.轉子結構對高速永磁電機轉子損耗影響分析[J].微電機，2016，49（6）：1-4.

[4]田擁勝，孫巖樺，虞烈，等.高速永磁電機電磁軸承轉子系統的動力學及實驗研究[J].中國電機工程學報，2015，32（9）：116-123.

[5]張鳳閣，杜光輝，王天煜，等.1.12MW高速永磁電機不同冷卻方案的溫度場分析[C].第六屆電工技術前沿問題學術論壇論文集，2014：66-72.