陳義明

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)械制造裝備都在不斷地向高速、高精、高效、高智能化發(fā)展，高速電機(jī)產(chǎn)品也不例外。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)高速電機(jī)、高速電主軸的應(yīng)用已日益增多。我國(guó)高速電機(jī)企業(yè)需要抓住良好的發(fā)展機(jī)遇，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，提高技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，積極開拓新興市場(chǎng)，以應(yīng)對(duì)未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。高速電機(jī)由于具有轉(zhuǎn)速高、傳動(dòng)效率高以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)，獲得非常廣泛的應(yīng)用。本文主要是針對(duì)高速電機(jī)的特點(diǎn)和發(fā)展作了簡(jiǎn)要介紹，并研究了高速電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，以及產(chǎn)生的顯著優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】高速電機(jī) 發(fā)展 應(yīng)用

1高速電機(jī)的特點(diǎn)和發(fā)展

在過(guò)去的幾十年中，基于高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器的研究和發(fā)展得到了快速增長(zhǎng)。這些驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)共同優(yōu)點(diǎn)是對(duì)一個(gè)給定功率轉(zhuǎn)換級(jí)別的系統(tǒng)可以減輕系統(tǒng)重量，這對(duì)于移動(dòng)式的應(yīng)用是特別可取的，任何重量的減輕可以減少燃料的消耗量和廢氣的排放量，這一種先進(jìn)的高速技術(shù)是未來(lái)交通運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。同時(shí)得益于電氣電子開關(guān)設(shè)備、拓?fù)滢D(zhuǎn)換器、控制方法和軟、硬磁性材料的快速發(fā)展，使高速電機(jī)可以向更高的工作頻率發(fā)展，并能夠承受更高的機(jī)械應(yīng)力和表現(xiàn)出更低的交流損耗，從而允許更高的轉(zhuǎn)子速度和更高的功率密度的發(fā)展。采用高速電機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，消除中間齒輪傳動(dòng)，提高系統(tǒng)的可靠性。因此，在很多研究領(lǐng)域都是以高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為主導(dǎo)的研究對(duì)象，由于高速電機(jī)在技術(shù)上的改進(jìn)，使其對(duì)許多領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)生了重大影響。

2高速電機(jī)的應(yīng)用

2.1 高速電機(jī)作為電動(dòng)引擎

現(xiàn)在最熱門的汽車是高性能電機(jī)和燃油發(fā)動(dòng)機(jī)組成的混合動(dòng)力汽車，以此來(lái)提高燃油效率和減少排放?；旌蟿?dòng)力汽車可以從整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中回收余熱，而不僅僅是從廢氣流中獲取能量來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率。這是通過(guò)一個(gè)有機(jī)的蘭金循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行，即熱循環(huán)的工作流體，用于驅(qū)動(dòng)高速渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)來(lái)回收能量。已經(jīng)證明燃料的使用效率可以提升12%以上。另一方面相對(duì)于傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，比如典型的康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)，高速電機(jī)引擎的能量速度節(jié)點(diǎn)范圍很廣，可以從2kW/220000r/min轎車中的應(yīng)用到高達(dá)150kW/35000r/min的發(fā)電機(jī)，使電動(dòng)引擎的應(yīng)用范圍非常廣闊。

2.2飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是在旋轉(zhuǎn)的飛輪中機(jī)械地儲(chǔ)存能量。電能的使用是通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)飛輪的電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。而為了恢復(fù)能量，同樣的電機(jī)被用來(lái)減慢飛輪的速度，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。傳統(tǒng)的飛輪設(shè)計(jì)具有較大的直徑，旋轉(zhuǎn)速度緩慢，且具有較低的功耗和能量密度。現(xiàn)代的飛輪設(shè)計(jì)使其具有非常高的旋轉(zhuǎn)速度，這種飛輪可以實(shí)現(xiàn)比鎳氫電池更高的功率密度，盡管其具有較低的能量密度，但對(duì)于能量存儲(chǔ)需要短時(shí)間高峰值功率轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。

2.3高速主軸的應(yīng)用

機(jī)床行業(yè)也帶動(dòng)了高速電機(jī)的發(fā)展。傳統(tǒng)的機(jī)床高速主軸由于采用了低成本的皮帶傳動(dòng)，限制了其最高速度的發(fā)展?，F(xiàn)代高速加工技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速、速度控制水平、低振動(dòng)水平等需求提出了更高的要求，促進(jìn)了高速電機(jī)主軸的應(yīng)用發(fā)展。高速電機(jī)主軸的功率和速度范圍非常廣，轉(zhuǎn)速可以從9000到180000r/min，相應(yīng)的功率范圍約從24kW下降到1kW。不同的銑削程序所運(yùn)用的最大轉(zhuǎn)速取決于被加工材料的類型和相關(guān)的工藝要求，而對(duì)于超精密加工的磨削應(yīng)用，機(jī)床轉(zhuǎn)速可以高達(dá)成百上千轉(zhuǎn)每分鐘。例如由英國(guó)西風(fēng)空氣軸承生產(chǎn)的鉆床，在用于印刷電路板時(shí)，其主軸轉(zhuǎn)速可以高達(dá)300000r/min。

2.4渦輪分子泵的應(yīng)用

渦輪分子泵性能的提升，需要更高的旋轉(zhuǎn)速度，因而應(yīng)用了高速電機(jī)。目前，在低功率水平（幾百瓦）下，使渦輪分子泵的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到100000r/min是這個(gè)應(yīng)用的發(fā)展目標(biāo)。渦輪分子泵用于獲取和保持高真空環(huán)境，無(wú)氣體存儲(chǔ)和解吸效應(yīng)。渦輪分子泵的工作原理是利用一個(gè)移動(dòng)的固體表面與氣體分子反復(fù)碰撞，使氣體分子獲取所需運(yùn)動(dòng)方向的動(dòng)能。在渦輪分子泵中，一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子從泵的入口向排氣口快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)碰撞氣體分子，使氣體分子排出，從而創(chuàng)造或維持真空環(huán)境。渦輪分子泵可以用來(lái)獲得很高的真空環(huán)境，這種類型的負(fù)載完全滿足高速電機(jī)的性能特點(diǎn)。

2.5氣體壓縮機(jī)的應(yīng)用

在化工、石油等工業(yè)中，都需要進(jìn)行氣體壓縮，主要用于收集、傳輸和處理氣體。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)是傳統(tǒng)的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器，盡管燃?xì)怛?qū)動(dòng)器對(duì)燃?xì)夤镜氖褂梅浅７奖?，但由于環(huán)境保護(hù)以及安全意識(shí)的增強(qiáng)使它們的應(yīng)用越來(lái)越難，進(jìn)而使用電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，以減少環(huán)境危害。隨著高速電機(jī)的發(fā)展，與磁力軸承配合的電動(dòng)高速驅(qū)動(dòng)器可以徹底消除變速箱和整個(gè)油潤(rùn)滑系統(tǒng)，從而增強(qiáng)了穩(wěn)定性，提高了工作效率，并降低了操作和維護(hù)成本。

3結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速電機(jī)的性能會(huì)更加優(yōu)越，應(yīng)用前景更加廣闊。目前國(guó)外對(duì)高速電機(jī)及相關(guān)技術(shù)的研究起步比較早，已取得了很多的研究應(yīng)用成果。

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