文章来自核动力蜗牛，有高度有深度有温度

“ 在体积更小、功率更高追求驱动下，电机的转速一路攀升，从早期的两三千转，一直攀升到几万甚至几十万转。更高的转速使得功率密度和原材料利用率提高。因此高转速是强趋势，以新能源驱动为例，丰田Prius推出的第一代产品最高转速才6000rpm，到目前的第四代产品转速达到17000rpm。 本期我们跳出新能源领域，以更高的视角去看看转速电机的应用场合及背后的关键技术。”

一、怎么定义高速电机

什么是高速电机，没有明确的边界定义。一般超过10000rpm都可以称为高速电机。也有用转子旋转的线速度来定义，高速电机的线速度一般大于50m/s，转子的离心应力和线速度的平方成正比，因此按线速度划分反应了转子结构设计难易程度。国外有学者采用速度和根号下功率乘积来定义高速电机，这种划分即考虑了转子的难易程度，又考量了电机的能量大小，更加科学合理。按此标准可以将高速电机定义为高速和 超高速两大类。

高速电机和超高速电机的区别在于功率和转速的乘积大小。我们用三个案例来理解这个概念：

如果单纯就高速工作点而言，电机的难度随功率和转速乘积呈阶梯上升，因此我们可以用这个指标来评判高速电机的高速化程度；

二、高速电机的应用场合

理解一个电机，最好是从应用角度去了解，高速电机的应用正在以爆炸式的方式在扩展，我们大致按高速程度来排序，有如下这些应用。

下图是westwind公司的电转产品，200W@300krpm，采用无铁芯的PCB绕组工艺，并且将控制芯片也集成在内，体积非常小巧，这种电转也可以用在牙科等医疗设备上。

分子泵是一种获取高真空的常用物理设备，也可以用于分离空气，获得高清洁空气。这种应用的电机转速可以达32krpm@500W，可以采用感应电机的方案，也可以采用集中绕组永磁电机的方案来设计。

飞轮储能的细分领域有很多，有飞机上用的飞轮储能，有电站用的飞轮储能，下面这个例子是车用驱动的飞轮储能产品，其概念相当于混动汽车的电池储能或者超级电容储能，当汽车需要爆发功率时，飞轮储能电机能够作为发电机将电供给给电源。下面这款储能电机功率为30kW转速为5万转，采用感应电机的方案，转子是个实心铁块。

电子涡轮增压是近年出现的一种新技术，其作用是给低速时汽车发动机增压，以减缓涡流迟滞现象并提高扭矩爆发力。下图是博格华纳开发的一款10kW@十万转的产品，采用的是2极24槽的永磁电机结构，因为工作环境温度较高，除了高速外，这类电机的设计还需 控制磁钢损耗和温升。

微型燃气轮机绝对是一种传奇产品，如下图所示大概一只铅笔长的机器能够迸发出50kW的功率，据说应用在汽车上能够减少95%的发动机体积，除了汽车外很多设备上都需要这种小型的引擎。它的工作原理如下图所示，需要一台永磁同步电机将燃烧产生的动能转化成电能。这台电机采用了2极6槽的结构。

应用六：高速空压机

高速空压机是目前最常见的一种大功率高速电机，转速在几万转左右，功率在100-700kW之间，一般采用磁悬浮轴承，通过电机驱动涡轮或者叶片给空气打压。高速直驱电机代替的原来低速电机+增速器的系统，具备结构紧凑、可靠性高的优点。这类电机常用的是表贴式永磁同步电机和感应电机两种类型，相关的厂家如下图所示。

下面这个案例的离心式风扇应该也算是高速空压机的一种，采用的是4极24槽的配合的SPM电机。采用永磁电机能提高效率并减小体积。

车用驱动电机仍然是当前最热的领域，乘用车主流的转速在16000rpm以内，更高速度的电机已经在陆续开发中。下图所示是某公司开发的25000rpm225kW的感应电机，外径290mm 叠高230mm，最大扭矩358Nm，采用的是水冷的结构。

为了提高功率密度，Integral Powertrain公司开发的 2万转450kW的永磁电机系统，最大扭矩900Nm，其重量仅有28kg，采用了先进的绕组喷油冷却，定子径向冷却、转子轴向冷却等一系列技术。和它配套的控制器是SiC平台。

无独有偶，AVL下一代2万转驱动电机产品也采用油冷永磁电机技术，电机功率达到230kW，相应的重量在45kg。

最后介绍另外一种航空上的电机，飞机用驱动电机。随着飞机电动化、半电动化的步伐加快，对高功率高速电机的需求也在上升。这将是另外一块热土，下图是一款300kW@35krpm的永磁电机，采用的是集中绕组永磁电机方案，电机重量在28.4kg。

更高功率的航空电机应用在混动飞机上，作为类似增程混动架构的核心，这类电机一般采用强迫风冷结构以利用高速气流，Honeywell的电机的功率可以达到1MW，为了提高效率采用永磁电机多余感应电机。

令人怦然心动的高速电机应用举不胜举，大块处女地待我们开发，在看热闹的同时，我们还可以深入学习高速电机背后的核心技术。