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高速電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在30000 r/min以上，甚至轉(zhuǎn)速可能會超過100000 r/min，定子齒和鐵心中磁通的變化頻率超過1kHz。高速高頻電機(jī)的設(shè)計與普通低速低頻的電機(jī)有很大的不同。轉(zhuǎn)子與軸承系統(tǒng)的動力學(xué)和強(qiáng)度分析對高速電機(jī)的運行可靠性有著重要的意義。
轉(zhuǎn)子設(shè)計是高速永磁電機(jī)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，其中主要考慮的問題是：轉(zhuǎn)子的直徑和長度尺寸上的選取，永磁材料的選擇和采用的保護(hù)方式(永磁體不能承受高速旋轉(zhuǎn)時受到的巨大的離心力，必須選取高強(qiáng)度的材料來做保護(hù))，轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度和剛度分析，軸承的設(shè)計(高速電機(jī)不能采用普通的軸承而必須采用非接觸式的空氣軸承或磁力軸承)等。本研究著重論述轉(zhuǎn)子強(qiáng)度和永磁體的保護(hù)問題。對于高速永磁電機(jī)來說，永磁轉(zhuǎn)子的設(shè)計要統(tǒng)籌考慮電磁和機(jī)械兩方面的要求，即永磁轉(zhuǎn)子需要為定子繞組提供足夠強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)磁場，同時永磁轉(zhuǎn)子本身又要能承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力。
由于轉(zhuǎn)子的離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即與轉(zhuǎn)子半徑的平方成正比，為了減少離心力，轉(zhuǎn)子外徑應(yīng)盡可能地小。然而，由于下述原因，轉(zhuǎn)子外徑不能太小。
1)為了能夠產(chǎn)生所需的電磁轉(zhuǎn)矩和輸出功率，轉(zhuǎn)子應(yīng)該有足夠的空問安裝永磁體，而定子必須有足夠大的空問安放鐵心和繞組。
2)轉(zhuǎn)子應(yīng)該具有足夠的剛度，因而轉(zhuǎn)子不能過于細(xì)長，直徑與長度需要有一個合適的比例。
高速電機(jī)的極數(shù)一般都較少，多數(shù)采用2極或4極。2極電機(jī)便于永磁體采用整體結(jié)構(gòu)，以保證永磁轉(zhuǎn)子機(jī)械和電磁性能的對稱性。同時2極電機(jī)定子鐵心磁場和繞組電流的頻率僅為4極電機(jī)的一半，有利于減少電機(jī)定子的鐵耗和銅耗。2極電機(jī)的主要缺點是定子繞組的端部較長，同時所需要的定子鐵心勻巳部面積較大。
從電磁和機(jī)械兩個方面綜合考慮，特別是從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計來看，采用2極方案比較合理。
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