永磁电机作业姓名冲学号

1、现代永磁电机基本理论与关键技术课程总结本学期的现代永磁电机基本理论与关键技术由程老师和花老师讲解，从永磁材料、定转子结构、电磁和热分析方法到永磁电机应用，以及永磁电机未来发展方向做了很多讲解。我收获很多，不仅对永磁电机有了基本的认识，也明确了自己应该努力的方向。学习这门课程我看了唐任远老师编写的书和十多篇中英文文章，结合课题组的研究内容，就永磁电机中的高速永磁电机做一个学习总结。高速永磁电机凭借其效率和功率密度高的优势，应用潜力巨大。涵盖各种功率等级，成为永磁电机领域的研究热点。高速永磁电机的设计、分析与测试虽仍然遵循基本的电磁原理，但高转速也带来了一些新问题。首先，高速永磁电机的功率密度大，

2、定子散热面积小、损耗密度高；转子要承受高转速带来的离心力，同时还会因风摩损耗、涡流损耗产生较大的温升。必须采用不同于传统电机的定转子材料与结构。其次，准确计算电机各项损耗是进行散热设计的基础，而高频率下材料的损耗特性、电机损耗分布均不同于传统电机，不能直接套用传统方法。永磁体性能受温升影响很大，且易因高温失磁，因此必须准确计算电机温升，尤其是转子温升。最后，高速电机的转子要承受很大的离心力和一定的热应力，而永磁体的抗拉强度往往较低，因此必须进行转子的强度分析。高转速下转子易因不平衡和共振产生较大的振动，甚至会使转子严重变形，进行转子动力学分析是相当重要的。高速电机的定子上产生大部分的损耗，同时

3、提供了最有效的散热通道。转子损耗大小也与定子结构直接相关。因此定子材料与结构是高速永磁电机研究的重点之一。高速电机的转子结构与材料直接影响了最高转速和振动。转子必须具有足够的强度，确保转子部件不因高速旋转产生的离心力受到破坏；必须具有良好的动态性能，保证转子结构不因振动产生大的变形；保证不出现因热膨胀引起的动高速永磁电机的等效气隙较大，为产生足够的磁场，通常采用具有较高剩磁、矫顽力的钕铁硼(NdFeB)或钐钴(SmCo)永磁材料。高速永磁电机磁场交变频率较高，定子铁耗在总损耗中占很大的比例。计算电机铁耗最经典的方法是比损耗法。该方法将某个频率和磁密下定子材料的铁耗按一定规律缩放到电机的工作频率

4、与磁密下，再用经验系数对结果加以修正。由于所需数据少，计算速度快，在传统的电机设计中得到了广泛应用。但在频率较高时，铁磁材料损耗特性变化剧烈，这种方法就不再适用。而使用有限元法计算铁耗因为具有精确度高、速度较快得到了广泛的应用。定子铜耗也是高速电机损耗的重要部分。在进行高速电机设计与分析时，不能直接采用直流电阻计算定子铜耗：集肤效应和临近界效应都会使绕组的载流面积减小，交流电阻增大。此外，有槽电机中槽内漏磁以及无槽电机中的主磁场也会在导体内部感应出涡流，增大定子铜耗。传统的电机设计采用简化的解析模型计及集肤效应、临近效应以及涡流的影响。同样的方法也适用于高速永磁电机中。另外使用有限元法对槽导体

5、直接建模不仅可以提高计算精度，还可以直观地反映出导体周边磁场和内部电流密度的分布，为定子的优化设计指明方向。传统低速电机中风摩损耗很小，一般不单独计算。但在高速电机中，风摩损耗很高，有时甚至会成为主要损耗。风摩损耗的成因是气隙中空气与转子表面之间的摩擦。计算流体力学CFD是理论完备、精度更高的方法，对气隙或转子端部的流体建模进行CFD仿真，在CFD后期处理的过程中计算出流体能量的变化或流体壁面的切应力，即可得到风摩损耗。高速电机的损耗、效率等电磁性能与定转子的温升水平直接相关。对于高速永磁电机而言，温度对电机性能的影响更为严重。永磁体的工作点受温度影响大，在温度过高时还会失磁。此外，电机功率密

6、度很高，散热面积有限，为限制温升，必须重视其散热设计，而准确计算温升是进行散热设计的先决条件。目前，常用的电机温升计算方法有集总参数热网络法、有限元法、计算流体力学法。为保证转子不因高转速带来的离心力和温升带来的热应力破坏，必须分析转子的强度问题。当转子结构简单时可以推导出永磁体、护套内部应力的精确表达式。转子结构较为复杂时，虽然可以通过适当的简化得到解析结果，但难以计及应力集中、接触非线性、材料的各项异性以及热膨胀等因素的影响，因此准确计算还需借助有限元分析。为满足转子长期连续工作的要求，各部件内部的应力在安全范围内，套装接触的部件间始终存在正压力，永磁体在各种工况下始终承受一定的压应力。除了满足强度要求，转子还