高速电机具有体积小、功率密度大、可与高速负载直接相连、省去传统的机械增速设备、减小体系噪音和进步体系传动功率等特色，在高速磨床、空气循环制冷体系、储能飞轮、燃料电池、天然气运送高速离心压缩机以及作为飞机或舰载供电设备的散布式发电体系等范畴具有广阔的使用远景，现在已成为世界电工范畴的研讨热点之一。

高速电机的主要特色是转子速度高、定子绕组电流和铁心中磁通频率高、功率密度和损耗密度大。这些特色决议了高速电机具有不同于常速电机特有的要害技术与规划方法。

高速电机的转子速度一般高于10000 r/min，在高速旋转时，惯例叠片转子难以接受巨大的离心力，需求选用特别的高强度叠片或实心转子结构；关于永磁电机来说，转子强度问题更为杰出，因为烧结而成的永磁资料不能接受转子高速旋转产生的拉应力，有必要对永磁体采纳保护办法；转子与气隙高速冲突，在转子外表形成的冲突损耗远大于常速电机，给转子散热带来很大困难；为了保证转子有满足的强度，高速电机转子多为细长型，因而与常速电机相比，高速电机转子体系挨近临界转速的可能性大大增加，为了防止产生曲折共振，有必要精确预测转子体系的临界转速；一般电机轴承无法在高速下牢靠运转，有必要选用高速轴承体系。

高速电机绕组电流和铁心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。定子电流频率较低时，一般可以疏忽趋肤效应和附近效应对绕组损耗的影响，但在高频情况下，定子绕组会产生显着的趋肤效应和附近效应，增大绕组附加损耗；高速电机定子铁心中磁通频率高，趋肤效应的影响不能疏忽，惯例的核算方法会带来较大差错，为了精确核算高速电机的定子铁心损耗，需求探究高频工况下的铁耗核算模型；定子开槽与绕组非正弦散布引起的空间谐波以及PWM供电产生的电流时刻谐波均会在转子中产生较大的涡流损耗，因为转子体积小、散热条件差，会给转子散热带来极大困难，因而转子涡流损耗的精确核算以及探究有用降低转子涡流损耗的办法，对高速电机牢靠运转具有重要意义；同时，高频电压或电流也给大功率高速电机的控制器规划带来了应战。

高速电机的体积远小于平等功率的常速电机，不只功率密度和损耗密度大，而且散热困难，假如不选用特别散热办法，会使电机温升过高，然后缩短绕组寿命，特别关于永磁电机，在转子温升过高的情况下，永磁体易产生不可逆退磁。规划良好的冷却体系，能有用降低定转子温升，是大功率高速电机长期稳定运转的要害。

综上所述，高速电机在转子强度、转子体系动力学、电磁规划、冷却体系规划与温升核算、高速轴承以及控制器的研发等方面存在许多惯例电机所不具有的特别要害问题，因而高速电机的规划是一个集电磁场-转子强度-转子动力学-流体场与温度场等多物理场屡次迭代的归纳规划进程。现在使用于高速范畴的电机类型主要有感应电机、永磁电机、开关磁阻电机以及爪极电机，每种电机类型又有不同的拓扑结构。

本文对国内外不同类型高速电机的开展现状进行了剖析，总结了现有不同类型高速电机的极限指标；详细剖析了高速电机结构与规划特色，包含定子规划、不同类型转子结构规划、转子体系动力学剖析与轴承选取以及冷却体系的规划等，最终剖析了高速电机开展所面临的主要问题，展望了高速电机的开展趋势与远景。

1、高速电机的开展现状

高速电机一般指转速超越10 000 r/min或难度值(转速和功率平方根的乘积)超越1×105的电机，现有的各类电机中，成功实现高速化的主要有感应电机、内转子永磁电机、开关磁阻电机以及少量外转子永磁电机和爪极电机等。为了剖析各类型高速电机的特色，在文献[17]的基础上，本文对国内外各类型高速电机的开展现状进行了进一步的总结和扩展，并按照难度值进行了排列。

1.1、高速感应电机
感应电机转子结构简单、转动惯量低，并能在高温文高速的条件下长时刻运转，因而感应电机在高速范畴使用比较广泛。表1给出了国内外高速感应电机的开展现状。国内外最大功率的高速感应电机为15 MW，转速为20 000 r/min，为ABB公司2002年研发，选用实心转子结构；高速感应电机最大速度为180 000 r/min，功率为10 kW，选用磁悬浮轴承，实心转子结构，线速度为219 m/s，电机的功率约为85%。国内对高速感应电机的研讨相对滞后，其中重庆德马电机研发了一系列高速感应电机，海军工程大学、沈阳工业大学、哈尔滨工业大学以及浙江大学等针对高速感应电机开展了许多研讨工作，海军工程大学对2.5 MW高速感应电机开展了研讨，重庆德马电机研发了100 kW、25 000 r/min高速感应电机，国内高速感应电机的开展水平远低于国外。

选用实心转子结构的高速感应电机最大难度值高达24.49×105，转子外表线速度可达367 m/s，而选用惯例叠片转子结构的高速感应电机最大难度值仅为3×105，转子外表线速度最高为185 m/s；在难度值大于3×105或转子外表线速度大于185 m/s的高速感应电机多选用实心转子结构或高强度叠片转子结构。文献[24]介绍的一台2 000 kW、15 000 r/min、转子外表线速度为290 m/s的高速感应电机转子选用了AISI4130合金钢铸成的高强度叠片结构，文献[36]介绍的一台5 kW、92 500 r/min、转子外表线速度为240 m/s的高速感应电机转子也选用了高强度合金铸成的叠片转子结构。

1.2、内转子高速永磁电机

永磁电机具有用率和功率因数高及转速范围大等优点，因而其在高速使用范畴倍受青睐。相关于外永磁转子电机，内转子永磁电机具有转子半径小及牢靠性强的优点，成为高速电机的首选。

内转子高速永磁电机的最大功率已达8MW，转速15000 r/min，为面贴式永磁转子，选用碳纤维保护套捆扎；最高转速的永磁电机为500000 r/min，功率为1kW，转子外表线速度为261m/s，选用合金保护套。除少量选用内置式转子结构外，其余多选用面贴式永磁转子结构。文献[89]对一台11 kW、50 000 r/min的高速永磁电机规划了内置式转子结构，该电机转子外表线速度为233 m/s，转子选用高强度叠片资料。选用惯例叠片资料的高速内置式永磁电机，最大难度值为1.13×105，最大转子外表线速度为135 m/s。