高速永磁無刷直流電機的熱分析

杜國華 房建成 劉西全 周銀鋒

(北京航空航天大學 儀器科學與光電工程學院，北京 100191)

近年來，高速電機因其體積小、重量輕、功率密度大等優點在儲能飛輪、壓縮機、真空泵、渦輪發電機等領域獲得了越來越廣泛的應用.與普通電機相比，高速電機可以省掉齒輪變速系統，直接與高速機械設備連接，從而減小整機尺寸，提高運行效率［1－2］;同時由于高速電機轉速較高，若采用磁懸浮軸承進行支撐，可以克服傳統機械軸承摩擦損耗大的缺點，提高電機壽命.但是轉子的高速旋轉會帶來電機損耗的增大進而引起電機溫度的升高，目前的高速電機大多是采用永磁電機，電機溫度過高一方面會降低永磁體的性能甚至引起不可逆退磁，另一方面還會破壞繞組絕緣，降低線圈的使用壽命，進而影響電機的長期穩定運行［1，3－5］.因此，在電機設計階段，對電機的溫度分布進行分析是十分必要的.

本文通過等效熱網絡法分析了一臺55 kW，60000 r/min高速永磁無刷直流電機的溫度分布，并通過有限元法驗證了該電機熱網絡模型的正確性，最后在此基礎上提出了降低電機損耗及改善散熱條件的措施，可為電機的初期設計提供一定的理論指導.

1 電機結構及損耗分析

高速永磁無刷直流電機的結構如圖1所示，主要包括機座、電機、轉軸、徑向磁軸承和軸向磁軸承等部分.由于電機旋轉時轉子表面磁密分布不均，會在徑向磁軸承轉子鐵心和軸向磁軸承推力盤中產生……