透平制冷系统中，电动机的存在方式是驱动离心式压缩机。发电机的存在形式有两种：一种是用发电机直接制动透平膨胀机，吸收膨胀机发出的功来发电；另一种是膨胀机和增压机同轴，在膨胀机和增压机之间安装同轴发电机，用它来回收透平膨胀机产生的功与增压机消耗的功之间的能量差。此外还有一种复合式电机，它与膨胀机和压缩机同轴，同轴电机在制冷机启动的时候是驱动压缩机的电动机，在制冷机正常运转后则转变为发电机同增压机一起制动膨胀机。

　　5kW- 4kW，转速在80， 000r/ min以上，最高转速可达160， 000r/ min转，因此一般的油轴承难以满足要求，文献中介绍采用全动压气体轴承来支撑，径向轴承为波箔型式，止推轴承为螺旋槽型式，可连接运转1万小时。

　　日本的N . Saji等在一个大型超导发电机项目的建设初期为之设计了一个应用于氦制冷系统的离心压缩机也采用了同样的结构。此系统每级压缩机的压比大约为2，由一台同轴的内置电动机来驱动，电动机的功率为25kW，轴转速为100， 000r/ min，用磁轴承来支撑转子。

　　1995年McCormick等人提出了一种崭新的透平机械设计方法用同步电动机代替了传统设计中的异步电动机。同步发电机采用的也是类似的结构。转子部分由叶轮及内部装有永久性磁铁的空心钛轴组成，无齿定子提供了很高的能量密度，同时避免了磁力作用于气体轴承。同步发动机压缩机工作轮直径12.

　　7mm、转子轴径4. 32mm，设计转速540， 000r/ min.

　　在M cCormick设计的逆布雷顿微型低温制冷机中，用涡轮交流发电机替代了增压机，叶轮输出的功率被该微型发电机回收，涡轮交流发电机结构同他们设计的同步电机相似。叶轮直径为7. 22mm，轴径为3. 56 mm的涡轮交流发电机，以氖为工质，用于逆布雷顿循环中，实验转速从120， 000r/ min到300， 000r/ min.

　　1993年我国开发的第一个海上凝析气田中国海洋石油渤海公司某凝析气田引进了美国Hudson公司的成套天然气深冷分离装置，其中的核心设备是我国引进的第一台采用电机制动的膨胀机。发电机制动的透平膨胀机用天然气绝热膨胀过程中输出的机械功带动发电机发电，发出的电并入电网，同时机组转速达到平衡。该异步交流发电机由美国WESTHOU SE公司制造，额定电压6300V ，功率1119kW，频率50Hz，额定电流113A ，功率因数0. 9，转速3000r/ min.膨胀机转速为40000r/ min.因为膨胀机和发电机转速相差悬殊，不能直接联结，所以通过减速器来使发电机匹配制动膨胀机。

　　通过该套设备的工作情况，可以得到结论：发电机制动的膨胀机，具有恒定的转速，不随气量变化而变化，始终在最佳工作点工作，温降大，绝热效率高。由于转速恒定，膨胀机运行平稳，无波动，不会在“临界转速”下工作，不会产生“共振”，因此运行周期长、故障率小、维修量小。

　　美国的M . M . Rahman提出了一个新颖的想法，设计一套便携式的微型气候多功能制冷系统，用于配备在沙漠等恶劣的高温气候环境中作战的士兵和类似环境下执行任务的人员。这套系统不仅用来制冷，还可提供饮用水，而且能给士兵携带的各种电子设备提供电力。系统采用逆布雷顿制冷循环，增压机用膨胀机来驱动，以期达到更高的性能和转速，同轴的为一发电机，吸收膨胀机驱动增压机后剩余的功。此转子系统的转速为60， 000r/ min.

　　日本的N . Saji等在超导发电机项目的后期设计的转子系统和他们为超导电缆设计的冷却系统用增压机膨胀机系统采用的都是这种结构形式，即增压机、膨胀机和电机同轴。在启动的时候，电动机驱动轴，从而驱动增压机和膨胀机，在启动运转正常后电动机变为发电机，来回收膨胀机和增压机的功差。中所示的增压增压机膨胀机转子系统，转速为86， 000r/ min，为直接驱动型，功率为40kW，支撑为全动压气体轴承，径向轴承为箔片式轴承，止推为螺旋槽型式。

　　航空航天事业的不断发展，要求小功率、低振动的微型空间制冷机来满足卫星、宇宙飞船、雷达等使用精密红外装置进行探测跟踪和制导的低温冷源要求。透平逆布雷顿循环制冷机的工作范围很宽，而且由于其自身的特点，在制冷机的微型化、长寿命、低振动，制冷温度和冷量范围上有着不可替代的优势，是目前发展高效率、高可靠性和长寿命空间制冷机的理想方案之一。而交流感应高速电机正是逆布雷顿循环制冷机的主要部件之一。

　　空间低温电机特殊的应用范围，决定了对它特殊的要求，不同于常规的电机，用高速电机才能解决问题。

　　它们工作转速高，一般在数万转到数十万转之间，随所匹配系统的工作状况不同而不同，因此对其支承也就有特殊的要求。同样由于超高的转速，使电机的轴具有了很大的转动惯量，过大的振动会使轴承运转失稳，因此转子稳定性也是必须要考虑的一个问题。目前一般采用如气体轴承和磁轴承支承，可以达到很高的稳定工作转速，而且具有很长的工作寿命。

　　由于运转在这么高的转速下，发热是在所难免的，但是正是由于它的特殊应用领域低温机械，也就是电机处在一个低温环境当中，可以有效地防止电机过热，保证电机的正常运转，而且在必要的时候可以用外冷源来给电机降温。近年来材料科学的发展使得采用永磁电机取代感应电机以减少损耗成为可能。

　　由以上可以看出，低温领域高速透平应用的电动机和发电机以驱动用电动机、制动用发电机、回收功用发电机、电动机发电机组合四种型式存在。本文列举了四种型式的应用实例，分析了其工作原理，并初步探讨了对空间透平制冷机中电机的特殊要求。

　　西安交通大学在透平膨胀机和气体轴承方面做了很多的工作，取得了很大的成绩，已解决气体支承转子的振动问题，通过合理的选用材料和设计结构型式，有望可以应用到高速电机中去。西安交通大学目前正在设计一台用于空间制冷系统的逆布雷顿循环透平制冷机，其微型压缩机计划采用气体轴承支承的高速电机驱动。该样机研制成功后，可以用于航天领域的空间环境模拟系统和冷却红外设备等用途，填补国内的一项空白。