高速永磁电机设计与分析技术研讨

袁超

摘要：近几年，对于高速永磁电机项目的管理和控制，已经成为社会各界关注的焦点，主要从电机转子设计和电机定子设计两个层面进行分析，为保证相关参数的完整性奠定坚实基础。本文对高速永磁电机设计项目进行了集中分析，并着重讨论了高速永磁电机分析技术的特征，旨在为研究部门提供更加有价值的参考建议。

关键词：高速永磁电机；设计模块；分析技术

中图分类号：TM351 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2017）015-0-01

一、高速永磁电机设计分析

高速永磁电机设计过程要结合实际需求和管理参数的具体结构，确保设计效果和实际应用水平相适应，在优化设备使用效率的同时，能进一步提高设备应用价值。

第一，要对电机转子进行精细化设计。由于高速永磁电机在常规化运行过程中，电机的转子会随之存在高频旋转，因此，电机转子在运行时会存在较大的离心力，在摩擦环境中，实际质量会受到高温影响[1]。基于此，要想进一步提高高速永磁电机的运行效率和运行安全性，就要对电机转子进行有效的强度管理，针对其耐高温和低损耗特征建立健全稳定的管控机制。设计人员在对电机转子结构进行全面分析后，要对其结构和材料展开深度整合。一方面，电机转子材料设计中，要利用矫顽力较高的永磁材料，材料本身维度系数较小，能保证其处在一个较为稳定的温度环境之中。也能有效适应高温环境，更好地发挥其实际优势和价值。需要注意的是，当永磁材料具有较高矫顽力时，其抗挠程度也较好，能更好地承受离心力作用。另一方面，要对电机转子的结构进行集中设计，主要是利用表贴式永磁结构与和两极圆柱永磁结构，能在使用过程中对材料产生较好的保护作用。

第二，要对电机定子进行精细化设计。在高速永磁机运行过程中，电机定子是主要的散热通道，因此，其实际损耗程度和定子的材料、结构有着密切的联系，需要设计人员针对具体问题进行集中处理，从根本上提高材料设计和结构设计效果的最优化。在电机定子结构设计方面，目前较为常见的就是环形绕组结构模式，最大的优点就在于定子结构能处于轭部，减少电机转子长度参数的同时，进一步优化电机转子的刚度。其中，环形绕组结构中的内槽和外槽都能发挥其实际价值，在优化散热结构的同时，为渠道应用和运行通畅性奠定坚实基础。另外，在结构设计项目中，齿槽会对电机转子的损耗产生影响，为了提升其抗损耗能力，增加高速永磁电机气隙长度，选择在0.2毫米以下的无取向硅钢片[2]。

二、高速永磁电机分析技术

要对高速永磁电机分析技术进行综合性分析和集中整合，确保技术结构和应用效果切实有效，从而优化整体运行效果[3]。

第一，要对电机损耗进行集中分析和综合性处理。对于高速永磁电机分析技术进行分类管理和应用整合的过程中，要对损耗问题给予高度关注。究其原因，主要是由于电机定子会在运行中出现铁损耗或者是铜损耗等问题，只有建立健全完整的处理机制和管控措施，才能从根本上优化分析技术的实际性能和处理效果。技术人员要按照特定的频率以及磁密性对电子的铁耗进行集中的分析和计算，结合经验系数统计结果后展开修正操作。另外，对于铜损耗则需要建立解析模型效应方程，对具体参数进行有效的核算和分析。基于此，在高速永磁电机分析技术建立和应用过程中，要电机转子涡流的分析效果是最关键的，需要技术人员结合解析法和有限元法整合相关数据，为数据分析效果升级奠定坚实基础。

第二，技术人员要对电机转子强度进行分析，在高速永磁电机运行过程中，电子转子会受到较大的离心力，为了保证其安全稳定的运行状态，要对电机转子设计项目展开深度分析和集中整合[4]。一方面，在分析结构简单的电机转子强度时，需要对转子内部的应力和永磁体内部应力进行分析，从而有效应用计算结果。另一方面，在对结构较为复杂的电机转子进行分析时，为了得出较为准确的数值，则需要对计算结构进行有效的简化处理，并应用FEM法对不同材料的性质展开综合性审定和管理。除此之外，在分析实际运转的电机转子强度时，则需要利用二维轴向截面分析机制对规模较小的电机转子强度展开深度分析。也就是说，为了进一步优化高速永磁电机运行效率，保证其工作性能，要对电机转子临界转速和稳定性等展开详细分析。

第三，对电机温升计算进行集中分析，由于高速永磁体工作点会受到温度的影响，其中，温度较高会使其出现失磁问题，基于此，技术人员要对温升水平进行集中控制和调节，保证散热设计效果的最优化[5]。其中，利用LPTN法、FEM法以及CFD法等进行集中分析，能有效对计算结果进行整合。例如，在应用CFD法的过程中，只需要技术人员借助流固耦合和共轭传热建模技术等，对高速永磁电机结构进行系统化分析和拆解，从而有效判定其温升情况以及分布结构，只有保证计算结果的准确性，才能顺利升级技术管控效果。在利用不同计算方法的过程中，要结合实际问题进行优化选择，确保温升计算结果的准确性和及时性，尤其要对技术落实结构和管理效果展开深度分析和调研，升级处理效果和技术实效性。

三、结语

总而言之，在對高速永磁电机设计项目和分析技术进行统筹分析时，要着重对定子和转子材料、结构等展开深度分析，优化技术参数的完整性，着重处理电机损耗、转子强度以及温升计算效果等，确保计量技术结构的稳定性符合标准。在电机设计项目开展后，要对高速永磁电机设计技术提供更加有效的思路和技术借鉴，也为高速永磁电机设计项目的可持续发展奠定坚实基础。

参考文献：

[1]周凤争，沈建新，林瑞光，等.从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗[J].浙江大学学报：工学版，2014，41（9）：1587-1591.

[2]刘刚，张强，毛琨，等.基于电压注入的高速永磁电机谐波电流抑制方法[J].电机与控制学报，2016，20（7）：8-16.

[3]王晓远，秦庆雷，王耕籍，等.转子结构对高速永磁电机转子损耗影响分析[J].微电机，2016，49（6）：1-4.

[4]田拥胜，孙岩桦，虞烈，等.高速永磁电机电磁轴承转子系统的动力学及实验研究[J].中国电机工程学报，2015，32（9）：116-123.

[5]张凤阁，杜光辉，王天煜，等.1.12MW高速永磁电机不同冷却方案的温度场分析[C].第六届电工技术前沿问题学术论坛论文集，2014：66-72.