高速永磁电机设计技术分析

高速永磁电机设计技术分析

摘要：由于科学技术的推陈出新，在很大程度上也带动了精密制造业的发展

和进步，由此衍生出了高速永磁电机，并且成为了精密制造业的重要组成部分，

得到了广泛的推广和应用，在很大程度上还对工业的不断发展起到了良好的推动

作用。本文主要是对高速永磁电机的设计技术进行分析，进而为高速永磁电机的

正常动作提供保障。

关键词：高速永磁电机设计技术措施

精密制造业的关键组成部分就是高速永磁电机，工业也对此给予了高度的关注。高速永磁电机在设计上应用的电磁的基本原理，它具有运行速度快、体积小

等特点，因此在实际工作的过程中能够在很大程度上减少成本输出，这是其它普

通电机所不能比拟的。但要注意的是，要对高转速带的问题进行有效解决。

1、高速永磁电机设计技术

1.1电机磁悬浮设计技术

在电机轴承设计引入磁悬浮技术，使二者有机结合就形成了电机磁悬浮技术，而且高速永磁电机的轴承与普通电机的轴承也具有较大的差异性。它们不会直接

与新型的轴承进行接触，这与方式在应用上与磁悬浮列车相似【1】。因为高速永

磁电机中应用的是磁悬浮轴承，所以在实际工作过程中不用担心卡顿问题，自身

有着良好的润滑功能，这样不但能够减少磨损，还能增强电机的运作效率，在很

大程度上提高了机器运转的安全性，还可以延长它的使用期限。

1.2电机定子设计技术

在进行高速永磁电机设计的过程中，电机定子的设计是至关重要的。电机定

子不但要为电机运作提供充足的动力支持，同时还是一个散热器，确保能够及时

排出高速永磁电机在运行过程中所产生的热量，这就要保证电机定子材料的优良、结构的科学合理。目前，在市场中，高速永磁电机结构最普遍的一种形式就是环

形绕组，其中设有许多齿轮，主要作用就是散热，为电机定子提供一个良好的温度。在具体设计时，要从具体的工作情况出发，综合分析电机定子的齿槽磨损问题，因为运转速度较快，齿槽耗损也就更加严重，因此有设计时，要合理设计气

隙的长度，增加或是减少，从而提高电机的散热能力。此外，所应用的高速永磁

电机定子材料，在厚度上的要求是每片为0.2mm，材质是硅钢片。

1.3电机转子设计技术

转子也是高速永磁电机设计的重要组成部分，因为它的运作速度要比普通电

机快得多，在旋转的过程中就会出现较大的离心力，这就要求在设计上能够满足

相应的工作强度，而且，电磁效应还会影响转子的旋转，在具体设计时要对电磁

产生的影响进行全面的分析和考虑，从而提高能源的利用效率。电机转子运转速

度快，就会产生大量的热量，或是使局部温度升高，这可能会增大损坏的风险【2】。电机转子的材料选择也是至关重要的，不仅要耐高温，还要把损耗降到最低，从而提高电机转子运作的安全性和稳定性。要选择永磁材料，具有较强的适

应性和足够大的稳定系数，尽管离心力较大或是温度较高也能把其自身的功能和

作用稳定、充分地发挥出来。

2、高速永磁电机分析技术

2.1电机损耗分析

在实际运作时，电机定子会随着机器的运作而发生损耗，相关的工作人员通

常会应用比损耗法对此进行解决。主要是依据计算定量频率的大小和定子铁耗的

损耗来对定子的损耗进行计算，并确保结果的准确性。在实际运作时，还会出现

铜耗，采用的方法是解析模型法。另外，电机损耗当中另一个占有较大比例的损

耗就是涡流损耗，通常会应用解析法或是有限元法对其进行分析。

2.2电机转子强度分析

在具体运作时，由于离心力的产生会导致转子受到损耗，为了能够防止这一

问题的出现，一定要全面分析转子的强度。一般情况下，在掌握了转子强度之后，就能够对转子内部的应力和永磁体有一个准确的掌握。若是转子结构较为复杂，

那么在实际分析时，要尽可能的简化结果，再应用其他方法来分析出转子其他材

料的性质。

3、提高高速永磁电机设计技术措施

3.1转子的选择

为了能够最大程度地减少实际运行当中所产生的离心力，就要对转子的直径

和长度进行科学合理的选择。一般情况下，在保证留有足够空间可以安放永磁体

和转轴位置的前提下，选择直径最小的转子。为了确保转子在运作时的速度能够

与要求相符，具有较强的韧度，通常会把转子的形状设计成为细长的，但又切忌

不能太长【3】。与传统机器使用的轴承不同，高速永磁电机应用的不是接触类的

轴承，为了可以对悬浮有一个良好的控制，在实际设计时就会对转子的长径比进

行科学合理调整，使电子转机的韧性得到提高，这样才能为电机的稳定运作提供

保障。

3.2永磁材料的选择

电机当中的永磁体一定要具有较强的适应性，换句话说，就是良好的磁力性

能必不可少的，从而可以使得永磁体的功能得到最大程度的发挥。除此之外，要

确保永磁体运作当中的温度持续处于正常范围值之内，电机的正常运行速度较快，那么在具体运行的过程中必定会消耗掉许多转子，再加上不具有良好的散热性能，所以，在对永磁体材料的选择上要给予高度的重视。

3.3转子护套的设计

目前，市场上最常用的高速永磁电机的永磁材料是一种粉末，类似冶金粉末，它最明显的一个特征就是具有较强的承载力，即便压应力较大也可以承受得住，

然而，它却不具有良好的拉应力，出现较大拉力时很有可能无法承受，因此，一

定要保证它的抗拉强度小于抗压强度【4】。如果在运作缺乏相关的保护措施，永

磁体就不能对高速旋转过程当中产生的离心力进行承受，这时相关的工作人员可

以把强度较高且无法导磁的保护套套在永磁体外面对其进行保护，二者之间可以