高速電機初印象

1、利名自動化晚間課堂（利名自動化晚間課堂（8）授課者：陳霞授課者：陳霞 高速電機通常是指轉(zhuǎn)速超過高速電機通常是指轉(zhuǎn)速超過10000r/min的的電機。高速電機一般是電機。高速電機一般是高速永磁同步發(fā)電機高速永磁同步發(fā)電機，轉(zhuǎn)子采用合金熱套或者碳纖維綁扎結(jié)構(gòu)，機械轉(zhuǎn)子采用合金熱套或者碳纖維綁扎結(jié)構(gòu)，機械強度高，是一種非常緊湊的高轉(zhuǎn)速的強度高，是一種非常緊湊的高轉(zhuǎn)速的同步交流同步交流發(fā)電機發(fā)電機。這種裝置不需要減速箱，交流發(fā)電機。這種裝置不需要減速箱，交流發(fā)電機又可以作為一個啟動電動機，以進一步減少發(fā)又可以作為一個啟動電動機，以進一步減少發(fā)電機的體積。電機的體積。高速加工技術(shù)越來高速加工技術(shù)越來越受

2、到人們的關(guān)注，越受到人們的關(guān)注，它不僅可獲得更大它不僅可獲得更大的生產(chǎn)率，而且還的生產(chǎn)率，而且還可獲得很高的加工可獲得很高的加工質(zhì)量，并可降低生質(zhì)量，并可降低生產(chǎn)成本，因而被認(rèn)產(chǎn)成本，因而被認(rèn)為是為是21世紀(jì)最有發(fā)世紀(jì)最有發(fā)展前途的展前途的先進制造先進制造技術(shù)技術(shù)之一。之一。 高速電主軸根據(jù)應(yīng)用場合的不同大致可以高速電主軸根據(jù)應(yīng)用場合的不同大致可以分為分為8大類：磨削用、銑削用、車削用、拉碾大類：磨削用、銑削用、車削用、拉碾用、鉆削用、加工中心用、機械主軸（不含內(nèi)用、鉆削用、加工中心用、機械主軸（不含內(nèi)置電機）皮帶傳動主軸、特種旋轉(zhuǎn)試驗主軸等。置電機）皮帶傳動主軸、特種旋轉(zhuǎn)試驗主軸等。在先進工

3、業(yè)國家，此項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空、在先進工業(yè)國家，此項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空、航天及模具行業(yè)。在近五年中，我國的該項技航天及模具行業(yè)。在近五年中，我國的該項技術(shù)也取得了長足的進步。是實現(xiàn)高速切削的前術(shù)也取得了長足的進步。是實現(xiàn)高速切削的前提條件。隨著提條件。隨著軸承技術(shù)軸承技術(shù)、潤滑技術(shù)潤滑技術(shù)的發(fā)展，的發(fā)展，主主軸軸的轉(zhuǎn)速在逐年提高。的轉(zhuǎn)速在逐年提高。 一般用戶常用的有磨削用、銑削用、車削一般用戶常用的有磨削用、銑削用、車削用、加工中心用、機械主軸（不含內(nèi)置機）皮用、加工中心用、機械主軸（不含內(nèi)置機）皮帶傳動主軸幾類。帶傳動主軸幾類。一是由于轉(zhuǎn)速高，所以電機功率密度高，而體積遠一是由于轉(zhuǎn)速高，

4、所以電機功率密度高，而體積遠小于功率普通的電機，可以有效的小于功率普通的電機，可以有效的節(jié)約材料節(jié)約材料。二是可與原動機相連，取消了傳統(tǒng)的減速機構(gòu)，傳二是可與原動機相連，取消了傳統(tǒng)的減速機構(gòu)，傳動效率高，動效率高，噪音小噪音小。三是由于高速電機轉(zhuǎn)動慣量小，所以三是由于高速電機轉(zhuǎn)動慣量小，所以動態(tài)響應(yīng)快動態(tài)響應(yīng)快。（1） 高速電機在高速電機在空調(diào)或冰箱空調(diào)或冰箱的離心式壓縮機的離心式壓縮機等各種場合得到應(yīng)用，而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，等各種場合得到應(yīng)用，而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特殊要求越來越多，它的應(yīng)用也會越來越廣泛。特殊要求越來越多，它的應(yīng)用也會越來越廣泛。高速電機在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用高速電機在空調(diào)行業(yè)

5、的應(yīng)用高速電機在冰箱行業(yè)的應(yīng)用高速電機在冰箱行業(yè)的應(yīng)用（3）由燃?xì)廨啓C驅(qū)動的高速電機體積小，具）由燃?xì)廨啓C驅(qū)動的高速電機體積小，具有較高的機動性，可用于一些重要設(shè)施的備用有較高的機動性，可用于一些重要設(shè)施的備用電源，也可作為電源，也可作為獨立電源獨立電源或或小型電站小型電站，彌補集，彌補集中式供電的不足，具有重要的實用價值。中式供電的不足，具有重要的實用價值。高速電機一般應(yīng)用于高速電機一般應(yīng)用于數(shù)控雕刻機數(shù)控雕刻機、精密磨床精密磨床及及高速離心設(shè)備高速離心設(shè)備等設(shè)備等設(shè)備2） 隨著汽車工業(yè)隨著汽車工業(yè)混合動力汽車混合動力汽車的發(fā)展，體積的發(fā)展，體積小，重量輕的高速電機將會得到充分的重視，小，重

6、量輕的高速電機將會得到充分的重視，并在混合動力汽車，航空，船舶等領(lǐng)域具有良并在混合動力汽車，航空，船舶等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。好的應(yīng)用前景。高速電機被應(yīng)用于高速電機被應(yīng)用于混合動力汽車混合動力汽車高速電機被應(yīng)用高速電機被應(yīng)用于小型水電站于小型水電站高速電機被應(yīng)用于高速電機被應(yīng)用于精密磨床精密磨床高速電機被應(yīng)用于高速電機被應(yīng)用于雕刻機床雕刻機床材料材料：由于高速電機轉(zhuǎn)子上的離心力與線速度：由于高速電機轉(zhuǎn)子上的離心力與線速度的平方成正比，高速電機要求具有很高的機械的平方成正比，高速電機要求具有很高的機械強度；又由于高速電機頻率高，鐵耗大，在設(shè)強度；又由于高速電機頻率高，鐵耗大，在設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)降低

7、鐵心中的磁密，采用低損耗的計時應(yīng)適當(dāng)降低鐵心中的磁密，采用低損耗的鐵心材料鐵心材料。軸承軸承：因為普通軸承難以承受在高速系統(tǒng)中承：因為普通軸承難以承受在高速系統(tǒng)中承受長時間運行，必須采用新材料和新結(jié)構(gòu)的軸受長時間運行，必須采用新材料和新結(jié)構(gòu)的軸承。承。轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子：電機在高速旋轉(zhuǎn)時的離心力很大，當(dāng)線電機在高速旋轉(zhuǎn)時的離心力很大，當(dāng)線速度達到速度達到200m/s以上時，常規(guī)疊片轉(zhuǎn)子難以承以上時，常規(guī)疊片轉(zhuǎn)子難以承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，需要采用特殊的受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，需要采用特殊的高高強度疊片或?qū)嵭霓D(zhuǎn)子強度疊片或?qū)嵭霓D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖實心轉(zhuǎn)子實心轉(zhuǎn)子實心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖實心轉(zhuǎn)子結(jié)

8、構(gòu)示意圖其主要特點有兩個：其主要特點有兩個：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)；一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)；二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率定子定子主要由機座、主磁極、換向極和電刷裝置主要由機座、主磁極、換向極和電刷裝置組成，作用是產(chǎn)生磁場。組成，作用是產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由電樞鐵心和電由電樞鐵心和電樞繞組，換向器，軸及風(fēng)扇等組成，作用是產(chǎn)樞繞組，換向器，軸及風(fēng)扇等組成，作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢。電機中的電磁能與生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢。電機中的電磁能與機械能的轉(zhuǎn)換是在磁場中完成的，本設(shè)計中采機械能的轉(zhuǎn)換是在磁場中完成的，本設(shè)計中采用永磁體建立磁場，完成能量的轉(zhuǎn)換用永磁體建立

9、磁場，完成能量的轉(zhuǎn)換軸承分類軸承分類 電主軸軸承的選擇及其預(yù)緊技術(shù)用在高速主電主軸軸承的選擇及其預(yù)緊技術(shù)用在高速主軸單元上的軸承主要有軸單元上的軸承主要有角接觸球軸承角接觸球軸承、磁懸浮磁懸浮軸承軸承、水基動靜壓軸承水基動靜壓軸承、空氣動靜壓軸承空氣動靜壓軸承等。等。 磁懸浮軸承磁懸浮軸承由于價格昂貴，控制系統(tǒng)復(fù)雜，由于價格昂貴，控制系統(tǒng)復(fù)雜，發(fā)熱問題難以解決，因而還無法在高速主軸單發(fā)熱問題難以解決，因而還無法在高速主軸單元上推廣應(yīng)用。元上推廣應(yīng)用。 空氣動靜壓軸承空氣動靜壓軸承徑向剛度低并有沖擊，但徑向剛度低并有沖擊，但高速性能好，一般用在超高速、輕載、精密主高速性能好，一般用在超高速、輕載

10、、精密主軸上軸上 空氣動靜壓軸承空氣動靜壓軸承徑向剛度低并有沖擊，但徑向剛度低并有沖擊，但高速性能好，一般用在超高速、輕載、精密主高速性能好，一般用在超高速、輕載、精密主軸上。軸上。 角接觸球軸承角接觸球軸承dn值在值在2.0106以下的高速主以下的高速主軸單元中應(yīng)用，無論是速度極限、承載能力、軸單元中應(yīng)用，無論是速度極限、承載能力、剛度、精度等各方面均能很好地滿足要求并已剛度、精度等各方面均能很好地滿足要求并已標(biāo)準(zhǔn)化，價格低廉，并被廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)化，價格低廉，并被廣泛應(yīng)用。水基靜壓軸承水基靜壓軸承是目前國內(nèi)較熱門的研究課題之一，是目前國內(nèi)較熱門的研究課題之一，它是利用水具有熱容量較大、軸承溫

11、升較小的特點，它是利用水具有熱容量較大、軸承溫升較小的特點，部分解決了普通動、靜壓軸承發(fā)熱嚴(yán)重的問題，主部分解決了普通動、靜壓軸承發(fā)熱嚴(yán)重的問題，主要用在低速重載場合。要用在低速重載場合。動靜壓軸承、空氣動靜壓軸承等。動靜壓軸承、空氣動靜壓軸承等。水基靜壓軸承水基靜壓軸承是目前國內(nèi)較熱門的研究課題之一，是目前國內(nèi)較熱門的研究課題之一，它是利用水具有熱容量較大、軸承溫升較小的特點，它是利用水具有熱容量較大、軸承溫升較小的特點，部分解決了普通動、靜壓軸承發(fā)熱嚴(yán)重的問題，主部分解決了普通動、靜壓軸承發(fā)熱嚴(yán)重的問題，主要用在低速重載場合。要用在低速重載場合。電主軸軸承的選擇及其預(yù)緊技術(shù)用在高速主軸電主軸軸承的選擇及其預(yù)緊技術(shù)用在高速主軸單元上的軸承主要有角接觸球軸承、磁懸浮軸單元上的軸承主要有角接觸球軸承、磁懸浮軸承、水基磁懸浮軸承由于價格昂貴，控制系統(tǒng)承、水基磁懸浮軸承由于價格昂貴，控制系統(tǒng)復(fù)雜，發(fā)熱問題難以解決，因而還無法在高速復(fù)雜，發(fā)熱問題難以解決，因而還無法在高速