什么是高转速微型直流电机？

高转速微型电机就是转速非常高，它的特点是：转子速度高、定子绕组电流和铁芯磁通频率高、功率密度和密度大。高转速电机具有不同于普通微型电机的技术和设计方法，难度也高于普通转速的电机。

高转速电机的应用

高转速在家用空调、冰箱、航空航天、汽车船舶等产品应用广泛，小型的电子产品诸如电动牙刷、洁面仪、美容仪、电动玩具、按摩仪等等也会用到高转速的微型电机。

高转速微型电机转子速度通常是高于10000r/min，高转速微型电机在高速旋转下，常规的碟片转子是难承受如此大的离心力的，一般是采用特殊的高强度叠片或实心转子结构，尤其是大型的高转速电机。对于永磁电机来讲，转子强度问题也是比较突出，烧结成的永磁材料承受不了高速旋转产生产拉应力，所以需要要对永磁体采取保护措施，另外电机转子和气隙高速摩擦，转子表面的摩擦损耗高于普通电机，这就需要考虑转子的散热问题了。

为了保证转子有足够的强度， 高转速转子设计的样子多为细长型。 因此与常速电机相比， 高转速转子系统接近临界转速的可能性大大增加， 为了避免发生弯曲共振， 必须准确预测转子系统的临界转速; 普通电机轴承无法在高速下可靠运行，必须采用高速轴承系统。

电机绕组电流和铁芯中磁通交变频率很高，会在电机绕组、定子铁心以及转子中产生较大的高频附加损耗。当定子电流频率较低时， 通常可以忽略趋肤效应和邻近效应对绕组损耗的影响， 但在高频情况下定子绕组会产生明显的趋肤效应和邻近效应， 增大绕组附加损耗; 高转速定子铁心中磁通频率高，趋肤效应的影响不能忽略， 常规的计算方法会带来较大误差， 为了准确计算高转速的定子铁心损耗， 需要探索(有点摸着石头过河的感觉)高频工况下的铁耗计算模型。

定子开槽与绕组非正弦分布引起的空间谐波以及由PWM供电产生的电流时间谐波均会在转子中产生较大的涡流损耗， 由于转子体积小、散热条件差， 会给转子散热带来极大困难， 因此转子涡流损耗的准确计算以及探索有效降低转子涡流损耗的措施， 对高转速可靠运行具有重要意义; 同时高频电压或电流也给大功率转速电机的控制器设计带来了挑战。

高转速的体积远小于同等功率的常速电机， 不仅功率密度和损耗密度大而且散热困难， 如果不采用特殊散热措施， 会使电机温升过高， 从而缩短绕组寿命， 特别对于永磁电机， 在转子温升过高的情况下， 永磁体易发生不可逆退磁 。设计一个良好的冷却系统， 能有效降低定转子温升， 是大功率高转速长期稳定运行的关键。

综上所述， 高转速在转子强度、转子系统动力学、电磁设计、冷却系统设计与温升计算、高速轴承以及控制器的研制等方面存在许多常规电机所不具有的特殊关键问题， 因此高转速的设计是一个集电磁场-转子强度-转子动力学-流体场与温度场等多物理场多次迭代的综合设计过程。

目前应用于高速领域的电机类型主要有感应电机、永磁电机、开关磁阻电机等， 每种电机类型又有不同的拓扑结构。

1)高速感应电机：感应电机转子结构简单、转动惯量低， 并能在高温和高速的条件下长时间运行， 因此感应电机在高速领域应用比较广泛 。国内外最大功率的高速感应电机为15MW， 转速为20000 r/min，在2002年研制的， 采用的是实心转子结构; 高速感应电机最大速度为180000 r/min，功率为10kW，采用磁悬浮轴承， 实心转子结构，线速度为219m /s， 电机的效率约为85% ;

2)内转子高速永磁电机：永磁电机具有效率和功率因数高及转速范围大等优点， 因此其在高速应用领域备受青睐。相对于外永磁转子电机， 内转子永磁电机具有转子半径小及可靠性强的优点，成为高转速的首选。内转子高速永磁电机的最大功率已达8MW，转速15000r /min，为面贴式永磁转子， 采用碳纤维保护套捆扎; 最高转速的永磁电机为500000r/min，功率为1kW， 转子表面线速度为261m /s，采用合金保护套。