□劉 慶

高速異步電機作為企業(yè)生產(chǎn)的常用電機設(shè)備，有著低成本、結(jié)構(gòu)和操作簡單等諸多高性能的優(yōu)點，在我國的大中型企業(yè)中被廣泛應(yīng)用。而高速異步電機本身主要是通過高頻驅(qū)動電源以及高強度低損耗電磁材料所構(gòu)成。因此，對高速異步電機的功率與速度設(shè)計，則早已成為高速異步電機的設(shè)計關(guān)鍵，亦成為決定高速異步電機運轉(zhuǎn)速度的主要影響因素。這對于影響高速異步電機的正常運行也具有重要的作用。對于軸承和電磁的設(shè)計也是影響高速異步電機的關(guān)鍵點，因此，在設(shè)計時既要保證電機中軸承的穩(wěn)定，又要保證電機中電磁磁場的準確，二者缺一不可。

一、對高速異步電機設(shè)計中的散熱設(shè)計

高速異步電機的散熱和電機自身的發(fā)熱有關(guān)，這影響著異步電機的工作穩(wěn)定性，同時也影響異步電機的整體工作效率。電機的發(fā)熱影響因素也由其絕緣材料性能和電機的使用壽命所決定，也正如此，高速異步電機的散熱設(shè)計也成為總體才設(shè)計中的關(guān)鍵點，對高速異步電機的后期運行穩(wěn)定起著重要的作用。目前，我國電機企業(yè)生產(chǎn)的高速異步電機在正常的運行中會有相應(yīng)的摩擦損耗，摩擦主要來源于轉(zhuǎn)子和空氣之間的接觸，對于這部分摩擦應(yīng)重點對特殊熱源進行電機的重點設(shè)計，將散熱部分的氣流有效避免或減少，從而減少空隙中的摩擦，減少轉(zhuǎn)子因摩擦產(chǎn)生的溫度升高，這樣做會產(chǎn)生冷氣流，在轉(zhuǎn)軸運轉(zhuǎn)時，冷氣流又可以降低異步電機轉(zhuǎn)子的溫度，起到降溫的目的。另外，在轉(zhuǎn)子表面的熱量也是由轉(zhuǎn)子的升溫決定的，對轉(zhuǎn)子圓周的運行速度能夠由于氣流溫度的降低而減少軸線的運轉(zhuǎn)速度。對于轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時與空氣間的摩擦，我國的很多電機生產(chǎn)企業(yè)都提出了相應(yīng)的計算公式，來計算在空隙表面光滑的前提下對定子轉(zhuǎn)軸展開的摩擦，有分析表明，光滑的轉(zhuǎn)子表面能夠提高70%的交換率。因此，為了能夠達到進一步降低溫升的目的，應(yīng)該在確保不影響電機轉(zhuǎn)軸正常運轉(zhuǎn)發(fā)熱的同時，減小電機的實際大小。

目前市面上廣泛采用的封閉式的散熱系統(tǒng)，即在對高速異步電機進行散熱設(shè)計時，采用將循環(huán)水冷附著在轉(zhuǎn)子表面的方法，而使定子表面能夠始終維持在常溫狀態(tài)之下。尤其是結(jié)合轉(zhuǎn)子散熱困難這一事實，利用此種散熱系統(tǒng)，我們可以將常溫乳化水作為制冷劑，讓水能夠在水槽中達到循環(huán)流動降溫，這種方法就能夠起到一個良好的散熱作用，同時也可以使軸承進行局部散熱，從而提高整體的散熱效果。

而針對這種散熱系統(tǒng)，我們在實際散熱設(shè)計中則應(yīng)該重點注意以下幾個問題:第一，水冷系統(tǒng)能夠?qū)殡S著輸出功率升高而不斷增加的轉(zhuǎn)子損耗熱量帶走;第二，通過潤滑油霧與轉(zhuǎn)子空氣之間的交換，可以將水冷系統(tǒng)之中無法帶走的損耗熱量完全帶走;第三，在高壓異步電機電磁的設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該充分意識到并考慮到水冷系統(tǒng)無法對轉(zhuǎn)子的損耗散熱起到根本性作用這一問題;第四，在實際設(shè)計中，應(yīng)該在確?？倱p耗為定量的前提下，盡可能加大定子損耗，而降低轉(zhuǎn)子損耗;第五，一個良好的散熱設(shè)計系統(tǒng)，其根本設(shè)計要點在于如何能夠確保電磁結(jié)構(gòu)與機械軸承之間的溫升限度同步到達。因為，如若電磁系統(tǒng)與機械軸承之間的溫升無法同步到達，其中任意系統(tǒng)勢必會出現(xiàn)額定溫升過高的問題，而致使高速異步電機無法正常運行。

二、對于高速異步電機設(shè)計中的軸承設(shè)計

軸承作為高速異步電機的核心部件，對其的設(shè)計工作始終是高速異步電機設(shè)計的關(guān)鍵。因為，高度異步電機的軸承使用壽命與使用性能，直接受到軸承設(shè)計工作的影響。所以，加強對高速異步電機軸承設(shè)計工作的分析尤為重要。特別是高速異步電機的軸承使用壽命，與轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、負載等方面也都有至關(guān)重要的聯(lián)系。所以，在軸承設(shè)計中，應(yīng)盡可能降低軸承與周邊零件的摩擦，并對其動態(tài)特性進行不斷的改善，降低電機軸承的維修成本。在軸承的具體設(shè)計上，我們應(yīng)該做到從全局出發(fā)，而不是單單考慮最大轉(zhuǎn)速所需的轉(zhuǎn)矩。因為，軸承尺寸不同，其所需要的轉(zhuǎn)速也不同。所以，在設(shè)計上，應(yīng)該從高速異步電機的實際負載條件出發(fā)計算出適合的設(shè)計參數(shù)。并在高速異步電機的磁軸承設(shè)計上，安裝一個磁軸承單元，電磁體環(huán)繞著每個磁軸承單元，利用帶反饋的徑向位置控制器來控制電磁體的勵磁電流即電磁體的徑向磁力，使轉(zhuǎn)軸保持懸浮運轉(zhuǎn)。

三、對高速異步電機設(shè)計中的電磁設(shè)計

高速異步電機的實際供電頻率在幾百至幾千赫茲之間，而隨著頻率的不斷提高，鐵心自身的損耗也會不斷加大，并在電機總損耗中占據(jù)較大的比重。尤其是高速異步電機相較于普通異步電機其轉(zhuǎn)速更快，因此在旋轉(zhuǎn)過程中離心力也是越來越大。而在額定運行中轉(zhuǎn)子材料又會受到很大的切向力，所以做好磁性材料的選擇在高速異步電機的電磁設(shè)計中尤為重要。

目前，在高速異步電機電磁設(shè)計中，電磁材料通常采取以下三種方案:第一，為了進一步降低鐵心損耗以及其在低磁場強度下產(chǎn)生的高飽和磁通密度，對定子鐵心的材料選擇上，通過采用各向同性為3%硅含量的0.18MM厚的硅鋼片，并采用軟磁合金疊裝在轉(zhuǎn)子鐵心上。第二，采用軟磁合金材料在定子與轉(zhuǎn)子鐵心材料上?？梢哉f在高速異步電機的電磁材料上選取高強度的軟磁合金——鈷鐵合金是十分優(yōu)質(zhì)的選擇。雖然鈷鐵合金比較昂貴，但是經(jīng)過特殊的熱處理，此材料的屈服強度甚至可達到600mN/m2且電池性能良好。因此，在高速異步電機的應(yīng)用上能夠取得十分優(yōu)異的效果，目前鈷鐵合金已經(jīng)應(yīng)用到航空電機之上。同時，還有一種全新的材料——非晶態(tài)磁性材料，在近些年來也被廣泛應(yīng)用于高速異步電機之中，可以說相較于晶態(tài)合金材料而言，其電阻是晶態(tài)合金材料的3到4倍，薄度卻僅在0.03到0.05mm之間，具有非常優(yōu)質(zhì)的軟磁特性。但是與硅鋼片相比，其缺點則主要表現(xiàn)在:飽和磁感應(yīng)強度和鐵心占空比系數(shù)較低;機械加工性能又較差，在高溫狀態(tài)下自身的性質(zhì)也不太穩(wěn)定。第三，為了進一步提高定子鐵心強度、剛度以及均勻度，在設(shè)計中可將采取傳統(tǒng)疊層結(jié)構(gòu)的硅鋼片或軟磁合金材料設(shè)計成實心。

四、結(jié)語

高速異步電機早已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，而對其關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計工藝則始終是我國電機生產(chǎn)企業(yè)，電機科技人員研究的重點，尤其是目前對高速異步電機的設(shè)計早已不局限于工業(yè)技術(shù)，而是擴散到了多個相關(guān)領(lǐng)域。因此，加強對高速異步電機設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的研究與創(chuàng)新則尤為重要。所以，在今后的工作中，對高速異步電機的設(shè)計必須要不斷與時俱進，借鑒國外先進的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展水平，不斷創(chuàng)新發(fā)展，生產(chǎn)出高效高質(zhì)量的高速異步電機，為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟效益。

［1］李立毅，崔淑梅，宋凱，程樹康.高頻電主軸的發(fā)熱及其對策［J］.微電機(伺服技術(shù))，2000

［2］鄧智泉，嚴仰光.無軸承交流電動機的基本理論和研究現(xiàn)狀［J］.電工技術(shù)學(xué)報，2000

［3］趙爭鳴.逆變器供電下的異步電機計算機輔助設(shè)計［J］.電工技術(shù)學(xué)報，1998

［4］李冰，鄧智泉，嚴仰光.高速異步電機設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)［J］.微特電機，2002

［5］徐禮鋒，陳遠龍.高速異步電機設(shè)計的部分關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.銅陵學(xué)院學(xué)報，2006