基于渦流損耗分析的永磁型無軸承電機優(yōu)化方案研究

摘要：永磁架構(gòu)下的電機，高速轉(zhuǎn)動之時，轉(zhuǎn)子特有的渦流損耗偏多，造成永磁配件偏熱，帶來退磁的疑難。永磁型特性的無軸承電機，包含徑向方位的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動。相對運動特有的關(guān)聯(lián)，可分成徑向范疇中的作用力、轉(zhuǎn)矩凸顯的繞組磁場、懸浮態(tài)勢下的繞組磁場。單一架構(gòu)中的、可被管控的徑向作用，帶有獨特條件。采納耦合電路特有的瞬態(tài)計算，運算得來空載態(tài)勢的渦流損耗。調(diào)研得來的數(shù)值表明，永磁型關(guān)涉的這種損耗，不能脫離潛藏著的繞組磁場。擬定好的優(yōu)化方式，應(yīng)能設(shè)定新穎結(jié)構(gòu)，縮減各時段的轉(zhuǎn)子渦流，提快運行速度。

關(guān)鍵詞：渦流損耗分析;永磁型;無軸承電機;優(yōu)化方案

無軸承架構(gòu)的電機，伴隨著徑向力。這樣的徑向力，管控著懸浮特性的繞組、傳統(tǒng)情形下的體系繞組。把這些繞組添加至預(yù)設(shè)的定子槽，極對數(shù)帶有差異的多重轉(zhuǎn)矩，會產(chǎn)生某時段中的電磁支撐。比對其他范疇的電機，永磁型特性的無軸電機，縮減了固有體積;同等功率之下，軸向方位的長度被限縮。異步特性的懸浮磁場，會添加體系架構(gòu)之中的渦流損耗。為此，轉(zhuǎn)子配件的損耗渦流，密切關(guān)涉永磁體的多樣性能。本文明辨了渦流損耗，摸索了適宜特性的化解辦法。

一、概要的轉(zhuǎn)矩機理

永磁架構(gòu)的電機，包含懸浮特性的繞組磁場、轉(zhuǎn)矩特性的這種磁場、永磁特性的同等磁場，是三層級以內(nèi)的磁場疊加。轉(zhuǎn)矩的本源機理，等同永磁電機，包含繞組架構(gòu)之中的彼此作用。表面貼特有的無軸承電機，潛藏著的等效空隙偏大;比對轉(zhuǎn)子銜接著的永磁磁場，繞組磁場凸顯了偏小的振幅。為此，繞組磁場關(guān)涉的徑向力，可被忽略掉。

體系架構(gòu)中的徑向力，密切關(guān)聯(lián)著永磁磁場、帶有懸浮特性的繞組等。兩組磁場疊合，增強了某方位的原有磁場。相反方位上，這種磁場偏弱。依循麥克斯韋特有的本源原理，轉(zhuǎn)子帶有明晰的徑向力，它會朝向特有的磁場方向。靜止態(tài)勢下，正y方位的磁場，帶有同等極性;疊加得來的結(jié)果，是增添了磁場。然而，負(fù)y這一方位的磁場，卻有所縮減。在這時，轉(zhuǎn)子關(guān)涉的指向，包含徑向范疇中的合力。

二、建構(gòu)最優(yōu)模型

穩(wěn)定態(tài)勢的徑向力，應(yīng)當(dāng)予以管控。這樣的管控方式，是調(diào)和定子繞組、體系范疇的相位及電流。為便利調(diào)控，擬定好的繞組次序，應(yīng)當(dāng)考量初始時段的零電流;轉(zhuǎn)子特有的徑向力，應(yīng)指向特有的正x。例如：同心架構(gòu)下的繞組定子，就擬定了2這樣的極對數(shù);定子槽固有的數(shù)值，設(shè)定成36個。應(yīng)被運算出來的數(shù)值，包含如下數(shù)據(jù)：添加了三相特性的等同電流以后，轉(zhuǎn)矩特有的繞組電流;初始時段的電流相位，只要考量這一范疇的磁場諧波，即可計算得來極對數(shù)、懸浮態(tài)勢的繞組磁場。

擬定了參數(shù)以后，永磁架構(gòu)之下的無軸承電機，是可被調(diào)整的。設(shè)定好的雙重變量，都關(guān)涉懸浮繞組經(jīng)由的電流。為此，只要更替了各時段的懸浮電流、預(yù)設(shè)的初始相位，即可管控徑向力，實現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)勢下的懸浮狀態(tài)。

三、高速率的運動傾向

無軸承銜接的電機，運轉(zhuǎn)速率偏快時，永磁特性的磁場、懸浮架構(gòu)中的繞組磁場、轉(zhuǎn)矩配有的磁場，維持著高速情形之下的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。穩(wěn)定特性的轉(zhuǎn)子懸浮，應(yīng)能確認(rèn)某一轉(zhuǎn)速。永磁特性的這種電機，帶有可控特性的徑向作用。若要產(chǎn)生穩(wěn)定態(tài)勢下的這種作用，轉(zhuǎn)子特有的機械角、繞組特有的這種角度，都應(yīng)滿足預(yù)設(shè)的速度數(shù)值。與此同時，配套架構(gòu)中的定子電角，也要擬定最優(yōu)速率。定子范疇的繞組磁場，關(guān)聯(lián)著三相特性的對稱電流。依循設(shè)定好的極對數(shù)、機械角及特有的電角速度，可以辨識相對態(tài)勢下的轉(zhuǎn)角速度。

永磁框架內(nèi)的電機，渦流損耗關(guān)聯(lián)著多次諧波，它并不關(guān)涉鐵耗及銅損耗。然而，永磁架構(gòu)的無軸承電機，異步運行著的繞組磁場，也會帶有同等損耗。多層級的諧波幅值，比對懸浮磁場，還是偏小的。為此，懸浮繞組這樣的磁場，是轉(zhuǎn)子渦流特有的側(cè)重來源。轉(zhuǎn)子散發(fā)著的熱能偏多，永磁材料固有的溫度偏低、電導(dǎo)率也偏低，很易凸顯發(fā)熱退磁。極對數(shù)設(shè)定得偏高時，擬定的同等轉(zhuǎn)速之下，磁場及電流關(guān)涉的基頻很高;各層級內(nèi)的諧波，也凸顯偏大數(shù)值下的渦流損失。

四、計算真實損耗

選取某規(guī)格下的樣機，當(dāng)成測算根據(jù)。樣機固有的參數(shù)，包含如下特性：定子固有的外徑，擬定為118毫米;內(nèi)徑設(shè)定成68毫米。定子槽固有的數(shù)目25及34。轉(zhuǎn)矩繞組預(yù)設(shè)的匝數(shù)設(shè)定成34;轉(zhuǎn)子鐵心固有的外側(cè)直徑，設(shè)定成58毫米。永磁體預(yù)設(shè)了2毫米特有的厚度，護套預(yù)設(shè)了1毫米這樣的厚度;鐵心預(yù)設(shè)了78毫米的初始長度。額定情形之下的轉(zhuǎn)速，是每分鐘11900轉(zhuǎn)。

根據(jù)設(shè)定好的樣機參數(shù)，建構(gòu)有限元配有的解析模型。永磁架構(gòu)中的電機模型，建構(gòu)了網(wǎng)格剖分。采納外部范疇中的耦合電路，采納瞬態(tài)解析，辨析了損耗掉的總體渦流。外側(cè)安設(shè)的電路，添加了電流源特有的模型。擬定好的運算時間，設(shè)定成0.4秒鐘;體系架構(gòu)內(nèi)的時間步長，設(shè)定成0.002秒。轉(zhuǎn)子區(qū)段之中的渦流，關(guān)系著求解得來的參數(shù)。

五、多層級的損耗

（一）空載態(tài)勢下的損耗

為限縮氣隙磁場潛藏著的諧波，采納永磁體關(guān)涉的磁化形式，把外部架構(gòu)之中的電流，擬定成零的幅值。這種情形下，解析渦流損耗，也即定子槽表征出來的效應(yīng)損耗。空載狀態(tài)之下的密度布設(shè)，凸顯明晰的規(guī)律傾向。

（二）帶有負(fù)荷的損耗

負(fù)載情形之下，無軸承架構(gòu)內(nèi)的電機，定子繞組會帶有穩(wěn)定態(tài)勢下的、可控特性的徑向作用。依循徑向力，添加外在特性的電流。給出來的兩套繞組，擬定了等同頻次。外部經(jīng)由的電流，設(shè)定了最佳數(shù)值。計算得來的電流頻率，密切關(guān)涉旋轉(zhuǎn)速率、體系之中的極對數(shù)。多樣情形下，都應(yīng)擬定精準(zhǔn)特性的電流頻率、對應(yīng)著的角頻率。設(shè)定瞬態(tài)求解，在電流促動之下，轉(zhuǎn)子附帶著的徑向力，應(yīng)朝向正x這一方向。渦流特有的損耗密度，凸顯明晰的布設(shè)傾向。

最大范疇的渦流損耗，會超出53W。極對數(shù)增添時，功率驅(qū)動特有的電路要求，也會隨同提升。電流諧波及計算得來的電動勢諧波，都關(guān)涉偏大數(shù)值下的渦流損耗。空載情形下，比對懸浮特有的這種繞組，定子槽附帶著的渦流損耗，仍是偏小的，可以予以忽視。極對數(shù)經(jīng)由優(yōu)化，限縮了這種損耗。未來時段的調(diào)研中，還應(yīng)接續(xù)調(diào)研可用的削減方式。

（三）應(yīng)注重的事項

轉(zhuǎn)矩特有的徑向力，應(yīng)能設(shè)定得很精準(zhǔn)。擬定好的優(yōu)化方案，包含徑向力這一范疇的最優(yōu)數(shù)值。永磁電機獨有的優(yōu)勢，是功率密度擬定得很大，且不用配有勵磁控制，適宜高速態(tài)勢下的運轉(zhuǎn)。電機關(guān)涉的轉(zhuǎn)矩磁場，很難徹底規(guī)避掉渦流損耗。潛藏著的損耗，包含齒槽諧波、反電動勢特性的諧波、繞組架構(gòu)之中的電流諧波。嵌入定子槽附帶著的懸浮繞組，與原初的磁場，凸顯異步運行的傾向。應(yīng)被注重的是，轉(zhuǎn)子渦流耗費掉的損耗，遠(yuǎn)會超出永磁特性的電機。

結(jié)束語

永磁體配有的無軸承電機，應(yīng)符合預(yù)設(shè)的極對數(shù)、磁場旋轉(zhuǎn)情形之下的機械角度、旋轉(zhuǎn)之中的電角速度。永磁型這樣的電機，轉(zhuǎn)子渦流關(guān)涉的損耗，包含異步態(tài)勢下的運行耗費。齒槽諧波特有的渦流損耗，還是偏小的，可被忽略掉。定子范疇中的繞組極對數(shù)，凸顯偏大情形下的渦流損耗。為規(guī)避慣常的熱退磁，經(jīng)過比對解析，采納了優(yōu)選得來的新穎結(jié)構(gòu)。

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