基于集中式方案和三维有限元法的无刷直流电动机定、转子铁耗及热效应分析
摘要：
许多关于无刷直流电机的工业应用都涉及到电动机的热极限。关于电动机构造的两种情况极可能导致铁耗，并且是电动机热效应的必备知识。关于电动机的同步频率：第一种情形相当于一个相对低速，但极对数较高（用于直接驱动的力矩电机）；第二种情形相当于极对数低，但转速很高（例如大量贮藏应用）。
由于考虑到频率超过磁性材料供应商正常范围内的特征，铁耗将是一个关键因素。因为激励磁通和槽的几何形状引起的高次谐波频率和转子损耗也是本研究中的关键因素。
本篇研究的是一个有很多槽数和极数的力矩电机。作者对铁耗和热效应的模型采用了两种不同的表达方式。第一种方式采用了两组集中式方案。第一幅图表示允许我们去测定磁通分布和定子、磁钢及转子轭部的铁耗。温度变化分布可以通过整个转子的热量表计算得来。第二种方式是采用有限元法分析两维模式的磁效应和三维模式的热效应分斩。
一个为无刷直流力矩电机而研制的试验平台，可以测量空载运行条件下的铁耗，使用探针和红外照相机去测量温度。这样，模拟和测量结果就会比较出两种方式的准确特性。目前工作的两大主要因素主要由以下组成：(1)走子、转子轭部和磁钢的整个铁耗计算；(2)采用热量图表和三维有限元法模拟获得的热效应的比较。
关键词：无刷直流电动机；集中式热效应方案；定、转子铁耗；力矩电动机；二维、三维有限无法。
1引言
工业应用无刷直流电动机，意味着高同步频率。由于成本控制是非常必要的，设计师通常只好使用传统市场上常用的硅钢薄片。比较典型的是基于fe-si的材料被广泛使用。
永磁材料的使用可以获得最小的锁定力矩，这将通过选择良好形状****磁钢产生磁力作用- (mmf)来实现。对于力矩电动机，设计师可以通过选择适当的电动机齿和极的形状（结构），得到每相每极下的小数齿数。这样的选择可以导致转子轭部产生较大的铁耗。
本文处理了电机中所有铁耗的计算和热效应的分析，它的第2部分给出了铁耗的计算：
在定子、转子轭部和磁钢中，既有有效数字表示，又有二维有限元法[1][2]。通过应用在电梯升降中的直接驱动无刷直流电动机的整个铁耗测量结果与模拟结论作了比较。在第3部分，计算得出的铁耗和铜耗用作两种热模式的输入：首先用作电动机热量图表[3][4]，其次用于三维的有限元法中。这些结果与温度测量作了比较。在第ⅳ部分，作者给出了两种方法准确程度的综舍考虑，通过比较每种方法的精确度和运行计算时间。
2铁耗测定
铁耗测定需要有磁通密度变化、频率和所有电动视磁钢部分的磁性材料性能的信息。铁耗有三个部分组成：涡流损耗、谐波损耗和额外损耗。用于测定的现有方法，既没有应用于涉及材料特性、磁通密度、频率等的分析表达，也没有应用于损耗采取（基于贮藏特性）磁通密度和频率的实际应用表达。
在无刷直流电动机中，铁耗不仅仅出现在定子上，也出现在转予中，它们在特殊电动机结构中扮演重要角色，尤其在那些每相每极分数齿数中。
2.1铁耗的量化测定
一组参数计算模式dcrad可以用来去测定磁损耗【6】。该方法是基于将电动机分成相似的小块，并且假设该部分的磁通密度是常数。特征测试的步骤如下所示：
等值磁路——网络（格）的导磁描绘可以定义电动机的不同部分（定子、转子、气隙和****磁钢），每个电动机绕组是由磁势源表示。****磁钢是由等值磁性能图表示。
定向图——等值磁路图定义好以后，定向图就可确定。
磁通测定——当定向图测定好以后，每条支路等值磁路的磁通方程式就可表示出来。磁通方程式是非线性的，并且通过牛顿法计算得来。磁路中的每条支路的磁场可任意选择。
力矩测定——接下来，当测试到磁饱和时，电动机就会产生力短。
电感测定——平均电感和微分（递增）电感，是可以计算的。
涡流损耗——涡流损耗可以通过前面定义过的等值磁路图测定。
对图l中每个导磁性，相当于电动机的磁性材料部分。该图表等值于涡流电阻，它与等值于磁导的 |
