国产精品不卡在线,精品国产_亚洲人成在线高清,色亚洲一区,91激情网

隨著航空航天、國防安全、生產(chǎn)生活等領(lǐng)域?qū)Ρ銛y式、高功率密度能量轉(zhuǎn)換裝置需求的急劇上升，超高速微型電機成為了當今必要的研究內(nèi)容和發(fā)展方向。超高速微型電機功率一般在幾十瓦至數(shù)千瓦之間，轉(zhuǎn)速一般超過10萬r/min。轉(zhuǎn)速高、體積小、能量密度大的特點使得超高速微型電機更能適應(yīng)現(xiàn)代化高端裝備的特殊要求。

圖1為當今超高速微小型永磁電機的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用領(lǐng)域。其中，美國賓夕法尼亞州立大學設(shè)計了一臺100W-（150000～300000）r/min外轉(zhuǎn)子飛輪儲能裝置，用于航空航天領(lǐng)域；瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院研制了一臺100W-500000r/min超高速永磁電機，用作燃氣渦輪機組的發(fā)電機部分；英國戴森公司為其最新的V11 COMPLETE吸塵器配備了125000r/min的超高速電機，具備體積小、質(zhì)量輕、吸力強勁的特點，得到市場廣泛的認可。

此外，超高速微型電機在飛輪儲能、醫(yī)學、高精度磨床等領(lǐng)域仍有較大發(fā)展空間和前景，如醫(yī)學領(lǐng)域的高速牙科手機的轉(zhuǎn)速范圍一般在300000～450000r/min，目前仍主要采用空氣渦輪驅(qū)動，因此難以對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩進行精確控制。如果采用超高速電驅(qū)動代替空氣驅(qū)動設(shè)備實現(xiàn)對其速度和轉(zhuǎn)矩的精確調(diào)控，則可大大提高臨床治療效率。

圖1 超高速微小型永磁電機研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)對于超高速微小型電機的研究相對較少，其中，南京航空航天大學研制的1kW- 130000r/min的超高速開關(guān)磁阻電機和浙江大學設(shè)計的2.3kW-150000r/min的永磁電機均完成實驗平臺的搭建，并分別給出了130000r/min和100000r/min的空載運行條件下的實驗波形。廣東工業(yè)大學對980W-200000r/min超高速永磁無刷直流電機進行定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計，并在理論上分析了電磁、損耗、轉(zhuǎn)子強度等電機特性。

無論在理論研究還是工業(yè)應(yīng)用方面，超高速電機目前的發(fā)展仍然十分有限，其原因主要在于：極限轉(zhuǎn)速和微型體積讓超高速電機具備超高能量密度的同時，也使其面臨電磁設(shè)計、轉(zhuǎn)子強度、轉(zhuǎn)子動力學、損耗抑制、冷卻方式、軸承支撐等諸多技術(shù)難題。

為此，國內(nèi)外學者已展開對超高速電機領(lǐng)域的全面研究。有學者研究了超高速永磁電機機械應(yīng)力和轉(zhuǎn)子振動的關(guān)系，并分析了護套厚度、過盈量、轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)子應(yīng)力的影響；有學者基于磁場分析證明磁力軸承對轉(zhuǎn)子的支撐為各向同性，計算了電磁軸承的線性支撐剛度，并以此為依據(jù)設(shè)計了一臺磁力軸承高速電機；有學者對一臺1.5kW- 150000r/min永磁電機的繞組銅損進行深入分析，并通過磁屏蔽和導體分割的方法有效降低了繞組銅損；有學者以1kW-280000r/min電機模型為例，比較了不同冷卻方法對超高速電機的散熱效果，最后通過選擇合適的冷卻方案，計算出電機功率密度可以提高一倍以上。

考慮到超高速微型電機目前所面臨的主要技術(shù)難點，南京航空航天大學的科研人員研究了考慮支撐系統(tǒng)穩(wěn)定性和多物理場耦合特性的超高速電機綜合優(yōu)化設(shè)計方法。

圖2 多物理場特性耦合關(guān)系及設(shè)計流程

他們建立了采用整體式支撐系統(tǒng)的超高速微型電機模型，設(shè)計了配合有合金護套的2極表貼式Nd2Fe14B的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以及“無槽-6虛擬槽”的定子結(jié)構(gòu)。在多物理的分析中，研究了所設(shè)計樣機的電磁、損耗、溫升耦合特性，并驗證該特性符合設(shè)計要求；基于溫度場變化，對0r/min-22℃、300000r/min- 35℃、550000r/min-50℃、550000r/min-80℃工況下的轉(zhuǎn)子強度進行校核，優(yōu)化設(shè)計了過盈量取值范圍為8～12μm。針對整體支撐結(jié)構(gòu)探究了支撐位置、支撐剛度對臨界轉(zhuǎn)速的影響，合理地選取支撐位置，判斷支撐剛度設(shè)計范圍。經(jīng)過多次迭代設(shè)計得到滿足多物理場需求的綜合設(shè)計方案。

圖3 整體式轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)示意圖

圖4 實驗樣機與平臺

科研人員最后基于理論設(shè)計實現(xiàn)了樣機的加工并對樣機進行全面的測試與評估。實驗結(jié)果顯示，樣機成功實現(xiàn)了550000r/min的穩(wěn)定運行，驗證了該設(shè)計的合理性和可行性。

以上研究成果發(fā)表在2021年第14期《電工技術(shù)學報》，論文標題為“基于多耦合特性的整體支撐式超高速微型永磁電機設(shè)計”，作者為高起興、王曉琳 等。