高速电机通常是指转速超过10000r/min的电机。它们因为转速高，体积远小于功率普通的电机，与原动机相连，取消了传统的减速机构，高速电机转动惯量小等原因，所以具有电机功率密度高，可以有效的节约材料，传动效率高，噪音小，动态响应快等优点。

概况

高速加工技术越来越受到人们的关注，它不仅可获得更大的生产率，而且还可获得很高的加工质量，并可降低生产成本，因而被认为是21世纪最有发展前途的先进制造技术之一。在先进工业国家，此项技术已广泛应用于航空、航天及模具行业。在近五年中，我国的该项技术也取得了长足的进步。是实现高速切削的前提条件，机床的高速化是目前机床的发展趋势。

高速机床与虚拟轴机床均为机床突破性的重大变革。无论是普通数控机床还是虚拟轴机床，实现高速化的关键部件仍是主轴单元。主轴高速化常用dn值(dn值是指主轴轴承的平均直径(mm)与主轴的极限转速(r/min)的乘积)来衡量，高速主轴常是指dn值在1。0×106以上的主轴。随着轴承技术，主轴的转速在逐年提高。

在资料显示，在80年代，主轴轴承在脂润条件下的dn值最多只能达到0。5×106，但当油气润装置开发出来以后，dn值迅速提高到1。0×106，采用角接触陶瓷球轴承后，主轴轴承的dn值进一步提高到2。0×106。到90年代，采用新的润方式——喷射加滑，使主轴的dn值达到3。0×106。对于转速在10000r/min以上的主轴单元，通过皮带或者联轴器来驱动已不再合适，较合理的方式是采用内装电机直接驱动，即将电机的转子直接安装在主轴上，定子安装在主轴套筒里，做成所谓电主轴的形式。

该电主轴具有结构紧凑、易于平衡、传动较率高等优点，是高速主轴理想的结构。电主轴的性能除了受轴承及其加滑技术影响较大以外，还受许多因素的影响，其中包括轴承预紧力的控制、内装电机的发热与冷却、主轴的动平衡、轴上零件的连接等。此外，主轴轴端的设计也是高速电主轴不容忽视的问题。

电主轴轴承的选择及其预紧技术用在高速主轴单元上的轴承主要有角接触球轴承、磁悬浮轴承、水基动静压轴承、空气动静压轴承等。磁悬浮轴承由于价格昂贵，控制系统复杂，发热问题难以解决，因而还无法在高速主轴单元上推广应用。水基静压轴承是目前国内较热门的研究课题之一，它是利用水具有热容量较大、轴承温升较小的特点，部分解决了普通动、静压轴承发热严重的问题，主要用在低速重载场合。

空气动静压轴承径向刚度低并有冲击，但高速性能好，一般用在超高速、轻载、精密主轴上。角接触球轴承dn值在2。0×106以下的高速主轴单元中应用，无论是速度极限、承载能力、刚度、精度等各方面均能很好地满足要求并已标准化，价格低廉，目前90%的主轴组件采用这种类型的轴承。该类型轴承还可通过以下方法来提高性能。

合理润滑

主轴轴承常见的润滑方式有脂润滑、油雾润滑、油气润滑、喷射润滑及环下润滑等。

脂润滑不需任何设备，是低速主轴普遍采用的润滑方式。dn值在1。0×106以上的主轴，多采用油润滑的方式。

油雾润滑是将润滑油(如透平油)经压力空气雾化后对轴承进行润滑的。这种方式实现容易，设备简单，油雾既有润滑功能，又能起到冷却轴承的作用，但油雾不易回收，对环境污染严重，故逐渐被新型的油气润滑方式所取代。

油气润滑是将少量的润滑油不经雾化而直接由压缩空气定时、定量地沿着专用的油气管道壁均匀地被带到轴承的润滑区。润滑油起润滑的作用，而压缩空气起推动润滑油运动及冷却轴承的作用。油气始终处于分离状态，这有利于润滑油的回收，而对环境却没有污染。实施油气润滑时，一般要求每个轴承都有单独的油气喷嘴，对轴承喷射处的位置有严格的要求，否则不易保证润滑效果，油气润滑的效果还受压缩空气流量和油气压力的影响。一般地讲，增大空气流量可以提高冷却效果，而提高油气压力，不仅可以提高冷却效果，而且还有助于润滑油到达润滑区，因此，提高油气压力有助于提高轴承的转速。

实验表明，加大压力比采用常规压力进行油气润滑可使轴承的转速提高20%。喷射润滑是直接用高压润滑油对轴承进行润滑和冷却的，功率消耗较大，成本高，常用在dn值为2。5×106以上的超高速主轴上。

环下润滑是一种改进的润滑方式(见图1)，分为环下油润滑和环下油气润滑。实施环下油或者油气润滑时，润滑油或油气从轴承的内圈喷入润滑区，在离心力的作用下润滑油更易于到达轴承润滑区，因而比普通的喷射润滑和油气润滑效果好，可进一步提高轴承的转速，如普通油气润滑，角接触陶瓷球轴承的dn值为2。0×106左右，采用加大油气压力的方法可将dn值提高到2。2×106，而采用环下油气润滑则可达到2。5×106。

影响角接触球轴承高速性能的主要原因是高速下作用在滚珠上的离心力和陀螺力矩增大。离心力增大会增加滚珠与滚道间的摩擦，而陀螺力矩增大则会使滚珠与滚道间产生滑动摩擦，使轴承摩擦发热加剧，因而降低轴承的寿命。

为了提高轴承的高速性能，常采用两种方法:

一是减小滚球的直径，如采用已标准化的71900系列主轴轴承;另一种则是采用新型的陶瓷(Si3N4)材料做滚珠，由于Si3N4陶瓷材料的密度仅为轴承钢的40%，因而这种轴承的高速性能明显高于全钢轴承。抑制振动及高速回转时滚珠公转和自转的滑动，提高轴的回转精度等，在主轴上使用的滚动轴承均需预紧。预紧的方式主要有恒位置预紧和恒力预紧。

嵌线过程工艺守则

一、目的

电机生产过程中根据以往经验而知，嵌线过程工艺为影响电机质量的关键过程，特此制订本守则目的为提高电机质量和成品率提高。

二、工艺守则

（1）放置槽绝缘，槽绝缘纸按设计尺寸将两边反折，反折长度为（ez+0。5）（cm）（如不采用揩口式槽绝缘则免此工序）然后将绝缘纸纵向揩成“U”形插入槽中。

（2）嵌线电机的放置较小的定子由单人操作，这时定子应横向舟稍偏斜一点放置，偏斜度大小，要便于两手分别从两端进入铁心内腔操作为便。

（3）如槽位置的选定原则，电动机定子出线盒端应在操作者的右手一则，1号槽的位置应在嵌线后的引出线位于出口两侧分布，并使之最短。

（4）线圈组的放置，工作台要清扫干净，待嵌的丝圈组放在电机的左手侧（单人操作），线圈组的放置方向是引线端向着电机铁心，并使第1个挂线的全匝数线圈叠放在最上面，其余线圈依连绕的先后顺序叠放，嵌线时要将每个线圈向电机方向翻转。

三、嵌线操作的通用规则与手法

1、线圈的捏扁：

（1）缩宽用两手的姆指导和食指分别抓压线圈直线转角部位，使线圈宽度压缩到进入子内腔时不致碰铁心。对于节距大的线圈，则将线圈横着并垂直于台面，用双手向下压缩线圈。

（2）扭转把欲嵌线圈的下层边扎线解开，左手大姆指和食指捍住直线边靠转角部分，同样用右手指捏住上层边相应部位，将两边同向扭转。

（3）捏扁将右手移到下层边与左手配合，尽量将下层直线边靠转角处捏扁，然后左手不动，右手指边捏边向下滑动。使下边层梳理成扁平的一排形状，如扁度不够可多梳理几次。

2、下层边（或沉边）的嵌入法：

右手将捏扁后的有效边后端倾斜靠向铁心端面槽口，左手从定子另一端伸入接住线圈，双手把有效边靠左段尽量压入槽口内，然后左手慢慢向左拉动，右手一面防止槽口导线骨出，一面梳理后边的导线，边移边压，来回扯动，使全部导线嵌入槽内。导线嵌入后，用骨线板将槽内导线单向梳理顺直。

3、封槽口：

一槽导线嵌完后，用双掌在槽口两端部按压，再用压线板从槽口进入，边进边轻轻撬压，使槽内导线密实，然后才可进行封口操作。

4、揩边式绝缘封口：

（1）用长剪刀把凸出槽口的绝缘纸齐平口剪去。

（2）用卷纸划片把槽口左边的绝缘纸卷折入槽内右边。

（3）用压线板将其压实后再将右边绝缘纸卷折入槽左边。

（4）再用压线板边压边移的同时，插入槽楔。

5、槽封式绝缘封口：

（1）用压线板将槽内导线压平后插入槽口封条。

（2）压线板在封条上边移边压，并将槽楔顺势推入。

应用前景

（1）高速电机在空调或冰箱的离心式压缩机等各种场合得到应用，而随着科学技术的发展，特殊要求越来越多，它的应用也会越来越广泛。

（2）随着汽车工业混合动力汽车的发展，体积小，重量轻的高速发电机将会得到充分的重视，并在混合动力汽车，航空，船舶等领域具有良好的应用前景。

（3）由燃气轮机驱动的高速发电机体积小，具有较高的机动性，可用于一些重要设施的备用电源，也可作为独立电源或小型电站，弥补集中式供电的不足，具有重要的实用价值。由于高速电机转子上的离心力与线速度的平方成正比，高速电机要求具有很高的机械强度；又由于高速电机频率高，铁耗大，在设计时应适当降低铁心中的磁密，采用低损耗的铁心材料。

现代计算机技术的发展，给有限元法提供了良好的硬件技术，目前，有限元方法得到了广泛的应用。总而言之，国外对高速电机及相关技术的研究比较早，已经取得了很多的研究成果，而且随着新材料的不断出现，加工工艺的不断改进，技术必将以更快的速度向前推进。国内对高速电机的研究还不是很多，基本上限于功率较小的发电机或电动机。

高速电机作为高速动力源,在飞轮储能、纺织、高速磨床、航空航天、分布式能源等领域均得到了广泛的应用，更是在满足人们对电机转速要求的同时,利用其本身的高效率、高功率密度的优点,达到了节能环保的效果，而现代科技也进一步对高速电机进行改进，高速永磁电机具有转速高、电机尺寸小、功率密度大、效率高等显著优点, 与高速负载或原动机连接无需变速装置。从而与高速电机连接。

维修方法

1、判断是否需要拆卸电枢观察电机运转时碳刷与换向器之间是否产生火花，出现火花的程度。

(I)是无任何火花，说明碳刷与换向器都正常，无需修理。

(2)只是有2～4个极小火花，这时仔细观察换向器表面若是平整的．大多数情况可不必修理。

(3)除r有4个以F的极小火花，另有1～3个大火花，则不必拆卸电枢，只需用砂纸磨碳刷换向器。

(4)如果出现4个上的大火花，则需要用砂纸磨换向器，甚至要认真地将换向器进行车加这时必须把碳刷与电枢拆卸下来．当然一巨换向器被加工后，就一定要换碳刷磨碳刷。

2、拆卸高速电机的方法因为在拆卸端盖与电枢时。振动会把碳刷损坏，所应首先把碳刷从碳刷糟中取出。又固为两个碳稽与挟向器的夹角未必相同，为确保在安装时能恢复原样，左右碳刷不会装反，必须在取出碳刷之前．给左右碳刷做好记号．另外切记不要碰坏碳与换向器的接触面。高速电机的一端，一般有一个散热风痢，在另一端也许会有一个测转速用的磁钢或测速环在拆卸散热风扇叶与磁钢或测速环时一定要小心翼翼，不能把风扇的崩叶、测速磁钢碰坏。

其次要在风扇轴套或在磁钢轴套与轴之间也傲一个记号，以便修理完毕后可以按原来的标记位置安装因为高速电机的动平衡试验是带着扇叶或测速环(测速磁钢)作的，所以组装时，必须按拆卸时的记号组装这一点在一般电机修理中是无关紧要的小事，I面在高速电机的修理中可事关大局。因为一旦损坏测速环或风扇片．或段有按记号组装，即使其它部分修理得很好．组装之后，在高速运行时也可能会引起整机的不平衡振动。拆卸高速电机时不可用锤子、冲子⋯等硬敲硬撬要用拉马，使用拉马时要注意：拉吗的顶尖要直接顶在顶尖眼上．要在拉马顶尖与顶尖眼之同垫一保护垫，其目的是保护电枢轴上的顶尖眼避免损坏。

固定电抠两端的端盖，在拆卸之前一要在七下端盖上做上记号．以便修理后按原样装J：。拆卸r电枢上的轴承应小心清洗，清洗时用干净的航宅汽油，待汽油干后再用7014(或7018)轴承润滑脂填满轴承室(高速电机的轴承不能用普通黄油、二硫化钼)．放在干净的地方待用；如果换向器的表面平整而且有一层紫色的光泽，这是氧化层可以保护换向器的表面，用揉软的毛刷除去表面的粉末即可。

注意要点

1、确认主轴套筒所须的循环冷却水已开通，冷却水的温度一般不要超过35℃，但也不宜过低，不宜直接接用自来水，因水温过低会造成主轴电机内部热空气遇冷而形成凝水影响绝缘和轴承生锈，冷却水流量一般可在3-6L/MIN，冷却水应干净无杂屑以防堵塞通道。冷却水箱中水量约60L—100L，建议水泵用AB-25或AB-50。进出水口不能相距太近，必须使水在箱内有一冷却过程，力求使进出口水温差能达到2—3℃，要避免造成热水循环而达不到冷却效果。

2、确认电源电压，频率与主轴匹配关系正确，按主轴名牌数据或产品检测报告中提供的电压与频率对应关系设置变频器的U/F曲线，主轴插头座的4号芯接地，3、2、1号芯接变频器的U、V、W。启动时应先点动，查看主轴方向（从轴伸端看主轴应逆时针旋转），若反转应即关车，切断电源，将三根进线中的任意两根对调即可。

3、对新启用的主轴电机宜先进行低速运行，建议先半速运行0。5-2小时，然后再进入高速。一般用调频调压方式启动主轴电机，应尽力避免突加满压启动。启动时间约10秒左右完成。