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| 保护环对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的影响（ZXJ） |
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0 引 言
高速永磁无刷直流电机具有功率密度高、体积小、效率高等优点，在很多领域有着广泛的应用。
但是高速电机的发展仍然受到一些技术问题的限制，例如，转了涡流损耗在中、低速无刷直流电机中往往是可以忽略的，但是在高速无刷电机中比较严重，能够引起转子永磁体的不可恢复性退磁，需要采取必要的措施来降低转子涡流损耗。文献[1—3]分别采用正弦充磁和永磁体分块的方法米减小转子的涡流损耗。
为了提高转子的机械强度，通常在表贴式永磁体表面包裹一层高强度的非磁性材料，通常有两种选择：一种是电导率大的金属材料如不导磁的钢、钛合金等，由于良好的导电性，气隙磁场的谐波分量会在这种材料中产生大量的涡流损耗，但是金属材料的热传到率高，利于永磁体中热量的散失。，另一种是电导率小的非金属材料如玻璃丝、碳素纤维等。特点是涡流损耗小，热传导率低，不利于永磁体中热量的散失。本文分析了不同的电导率的保护环对转子空载和负载转子涡流损耗的影响。分析表明：钛合金保护环中的涡流磁场能削弱气隙谐波磁场，对永磁体中的涡流损耗有屏蔽作用。
1不同保护环对转子涡流损耗的影响
本文设计2．3 kw，1 5×10r／min的高速水磁无刷直流电机，电机结构如图l所示。保护环材料分别采用电导率为6．1 E5(s／m)的钛合金sp700和电导率为3．33E4(s／m)的碳素纤维，这两种材料均为不导磁的高强度材料，永磁体采用钐钻s30H，其电导率为2E6(s／m)。采用暂态有限元模型分析了不同电导率的包裹材料对转子涡流损耗的影响。
1．1 空载转子涡流损耗的计算
假定转子铁心的磁导率为无穷大，文献[4—5]给出了半径r处气隙磁密径向分量的解析计算公式：
式中，B为r处气隙磁密的径向分量；R是转子铁心外径；R。．是转子永磁体外径；R是定子铁心内径；B是永磁体剩磁(B=0.97 T)；μ是永磁体相对磁导率(μr=l.06)。
有限冗计算结果和解析公式计算结果基本吻合，如图2所示，不同之处在于有限元分析的气隙磁密波形存在下凹，这是槽开口引起的气隙磁导不均匀所引起的，也是空载转子涡流损耗产生的原因。
图3为不同保护环的空载转子涡流损耗分布图，从图中可以看出，转子空载涡流损耗主要在槽开口处。表l列出了空载转子涡流损耗，因为钛合金的电导率比碳索纤维大，所以钛合金保护环中的涡流损耗远远大于碳素纤维保护环中的涡流损耗，永磁体和转轴中的涡流损耗变化不大。从表1可以看出，槽开口引起的空载转子涡流损耗数值较小(≤1 w)，对转子损耗影响不大。
l.2负载转子涡流损耗的计算
对高速永磁电机来说，调制出高频、火功率的正弦电流是不切实际的，通常采用两两导通三相六状态的无刷直流电机运行方式，电机额定运行时的电流波形如图4所示。 其中电流的基波分量合成的电枢磁场与转子同步，产生电磁转矩，其它谐波分量合成的电枢磁场与转子异步，在转子中产牛大量的涡流损耗。采用暂态有限元模型分析了额定负载运行情况下的转子涡流损耗，如图5所示。
从图5和图6可以看出，由于钛合金的电导率，因此钛合金保护环中的涡流损耗要远大于碳素纤维保护环中的涡流损耗。虽然是同样的永磁体，但是钛合金包裹F的永磁环中的涡流损耗要比碳素纤维包裹下的永磁环中的涡流损耗要小。这表明：
电导率大的钛合金中的涡流磁场能削弱气隙谐波磁场，对永磁体中的涡流损耗有屏蔽作用。
2结语
本文讨论了不同电导率的保护环对转子涡流损耗的影响。分析表明：槽开口引起的空载转子涡流损耗数值较小，对转子损耗影响不大，而电枢电流的谐波分量是产生转子涡流损耗的主要原因；电导率火的钛合金巾的涡流磁场能削弱气隙谐波磁场，对永磁体中的涡流损耗有屏蔽作用。 |
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