高速永磁電機設計與分析技術綜述

王慶凱?孫超?夏立德?劉軍

摘要：隨著科技的不斷進步和發展，電機被廣泛應用在社會生產和生活的各個行業和領域。所以對于高速永磁電機的研究，可以有效地提高生活中的便捷性。由于電機本身的特殊性，在對高速永磁電機展開研究時，要分析影響電機的多種因素，評估電磁、機械、溫升對電機實際產生的干擾作用，針對電機的設計進行深入的研究。探索高速永磁電機在物理場的影響下會產生何種反應，對非晶合金材料的作用進行深入解讀，基于多種探究方案，對高速永磁電機的額設計與分析進行試驗，從而檢驗出不同情況下的電機實際性能，對高速永磁電機的設計提供有效的建議和設計方案。

關鍵詞：高速永磁電機;設計與分析;技術綜述

引言：

近年來，科技水平的迅速提升，給人們的生活帶來了翻天覆地的變化，而不斷地提升電機的性能和應用效果，也成為了新時期全新工作要求。由于高速永磁電機的特殊性能，不僅對日常生產生活產生重要影響，還可以應用在多種高尖端技術領域，例如飛機、輪船等領域，都能發揮出重要的作用。電機在實際的使用過程中，電機的轉速越高，會使鐵心的實際損耗情況越強，所以想要提升電機的使用性能，就要針對生產加工的材料進行改進和優化，選擇更具性能優勢的非晶合金材料，就可以明顯的提升電機的實際性能，有效降低鐵心的損耗情況，解決了電機的使用壽命縮減的問題。在材料的選擇上，受到電機的自身特性所影響，僅僅選擇非晶合金作為材料還不能達到預期成效，還學要針對性地對其他問題進行改善。在永磁電機的設計過程中，還要充分的考慮到電機在實際運行時產生的電磁情況，要根據電機的具體要求來保障實際運行的穩定性和可靠性。如果電機的結構設計不夠科學合理，就不能讓電機的功能充分地發揮出來，還會減少高速永磁電機的使用壽命，甚至出現電機使用故障問題。所以對高速永磁電機的設計進行分析，在新時期具有重要意義和作用。

1.對高速永磁電機設計的研究

1.1對電機轉子設計的研究

高速永磁電機在社會生產生活中的多個技術領域，都能得到了有效地應用。在高速永磁電機的實際應用中，電機轉子在其中發揮了重要的作用，電機轉子在高速旋轉時會產生離心作用力，也會因為轉子的運轉速度過快而造成溫度過高的問題，影響電機中轉子的內部結構，使電機的運行遇到故障情況。所以想要提升高速永磁電機的使用性能，就要針對轉子部分進行改良和優化，讓電機的運行穩定性和安全性得到提升。這就需要對轉子的轉速進行控制，讓轉子能夠以一個安全的轉速持續運行，同時解決轉速過高導致溫度過高的問題，讓電機能夠降低損耗，延長使用周期。想要實現這一目的，就需要改善轉子的結構，選擇耐熱和較高矮頑力的永磁材料，讓電機的運行處于更加平穩的狀態。選擇這樣的材料解決了以上問題的同時，還能夠兼具多種優勢，包括抗壓和抗撓能力，都會得到大幅度的增強，讓轉子的結構得到優化，采用表貼式和兩極圓柱式，讓電機的性能得到充分的提升[1]。

1.2對電機定子設計的研究

電機的內部結構中，不僅有轉子發揮了重要作用，其中定子也起到了重要的散熱作用，所以想要提升電機的使用性能，也要對定子的結構和材料進行改良。定子的結構優化上，通過采用環形繞組的形式，來解決電機的多種問題，還有助于提升電機轉子的剛度。其中采用環形繞還能夠幫助增強散熱效果，讓電機在實際的使用下，提高安全性。而對定子的結構調整，還需要注意與轉子的作用力相互匹配，通過多項技術的同步調整，才能使電機的性能最大化地提升。并且對定子材料進行升級，選擇無取向硅鋼片作為定子材料，能夠顯著地增加電機的穩定性[2]。

2.高速永磁電機分析技術

2.1電機損耗分析

在實際使用過程中，電機的損耗問題，是現階段高速永磁電機遇到的最受關注的問題，由于電機自身的特性，在運行時會讓定子產生一定的損耗，例如鐵耗或者銅耗，從而讓電機的使用壽命受到影響。所以在對高速永磁電機進行研究和分析時，很多學者和專家都對定子產生損耗的問題進行了深入的研究。針對定子鐵耗的問題，通過對比損耗的方式，在指定頻率和磁密下的定子運行損耗進行記錄，經過多次的試驗對比，可以得出鐵耗的數據結果。對于銅耗的分析，可以通過構建模型的方式進行測算，最終得出定子銅耗的數據結論。與此同時，在對高速永磁電機的研究中，可以對電機轉子的損耗進行分析，利用多種解析方式，對電機的轉子損耗問題進行計算，得出轉子的渦流損耗數據情況[3]。

2.2電機轉子強度的研究

由于高速永磁電機的特殊性，在研究過程中，分析電子轉子的實際運行情況，可以發現轉子旋轉時會產生較大的離心力，從而產生較大的損耗問題。所以在對高速永磁電機的分析時，想要確保電機的安全性，就要解決電機轉子的損耗問題。需要針對性地對轉子的結構和材料進行優化設計，保障電機轉子的剛度和強度都能夠符合標準和生產要求。一般來說，在對電機轉子進行研究時，可以發現電機的轉子結構通常相對簡單，可以通過專業技術運算得出轉子的應力數據。而對于復雜結構的電機進行研究和分析時，就需要利用FEM的方式進行深入的研究。尤其對于轉子的強度問題，需要關注它的轉速和動力問題帶來的影響，從而提高研究的準確性[4]。

2.3電機溫升問題的研究

高速永磁電機的運行，會由于內部轉子的高速運轉產生溫度升高的問題，讓電機受到高溫的影響，造成一定程度的損耗，導致高速永磁電機的使用壽命縮短。想要解決電機溫升的問題，就需要對溫度升高的具體情況進行研究，通過數據運算，找出問題的關鍵所在。現階段主要采用以下幾種方式進行溫升的計算：（1）LPTN法，這種算法主要是通過對電機溫度進行模擬，計算出對流傳熱熱阻數據。（2）FEM法，采用這種方法進行計算，主要是采用二維和三維的運算方法，通過構建模型，來進行計算。在FEM法的運算過程中，要確保傳熱條件的準確性，否則就會對運算數據產生影響。所以在實際的測算過程中，經常與第一種方法同時使用，能夠改進第一種方法計算出現的問題。（3）CFD法，相比于第一種和第二種計算方式，這種方法只需要單純的進行運算就能夠實現，具有更高的準確性。利用構建傳熱模型的方式，就可以精準地計算出數據。所以這種CFD法具有更高的運算優勢。但是在實際運算過程中，這種方式的運算相對復雜，所需計算的時間更多，所以不能夠被廣泛地應用。由于這一問題的出現，很多專家和技術人員在實際使用時，通常將這種運算方式，與第一種進行混合使用，不僅能夠達到計算要求，還能夠提高計算數據的準確性[5]。

綜上所示，在近幾年的發展過程中，信息技術的廣泛應用，對高速永磁電機的研究逐漸深入，對于高速永磁電機的穩定性和安全性提出了更高的生產要求，所以CFD法將會在未來較長一段時間內發揮重要的作用，這種算法的使用，可以保障電機的使用性能提升。高速永磁電機未來的發展方向，也主要面向全新的生產材料、更加先進的加工工藝、更優化的設計結構方向，在定子和轉子的研究上進一步的深化，研發出更加精確且便捷的計算方法，引入信息技術的實際應用，促使高速永磁電機得到進一步宣傳和推廣，被應用在更多技術行業[6]。

3.結束語

隨著社會的不斷進步，對于高速永磁電機的結構與材料的研究，成為了現階段提升電機性能的重要研究任務。對于轉子與定子的分析，可以改進和優化電機的結構和材料，讓高速永磁電機的損耗降低，延長電機的使用周期，并且有效地提升電機的安全性與穩定性，讓高速永磁電機能夠應用在更加廣闊的技術領域。本文從電機的轉子與定子結構與材料入手，分析了電機的損耗問題受到哪些因素的影響，讓大家更加清晰地了解到高速永磁電機的內部構造，為日后電機的生產和加工提供意見和建議，從而助推高速永磁電機的制造工藝水平提升，幫助行業獲得進一步的發展。

參考文獻：

[1] 董劍寧，黃允凱，金龍，等.高速永磁電機設計與分析技術綜述[J].中國電機工程學報，2014，34（27）：4640-4653.

[2] 雎黎.高速永磁電機設計與分析技術綜述[J].科技風，2015，（05）：30.

[3] 張道洋，李琳琳，溫家寶.高速永磁電機設計與分析技術研究[J].通訊世界，2016，（01）：255-256.

[4] 郭思源.永磁電機磁場解析方法及其應用研究[D].武漢：華中科技大學，2014.

[5] 王天煜，王鳳翔，方程.高速永磁電機轉子多場綜合設計[J].沈陽工業大學學報，2011，33（5）：486-490.

[6] 張濤，朱熀秋，孫曉東，等.基于有限元法的高速永磁轉子強度分析[J].電機與控制學報，2012，16（6）：63-68.