高速永磁電機(jī)電磁性能分析

張玉波 王玉琢 林田柱

摘要：高速永磁電機(jī)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中。介紹高速電機(jī)永磁體的特點(diǎn)，針對(duì)其缺點(diǎn)提出永磁材料的選擇原則，闡述高速電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子的充磁、去磁過程，并進(jìn)行仿真分析，以期為永磁體應(yīng)用提供一種可參考的分析方法。

關(guān)鍵詞：電機(jī);高速;永磁體;電磁性能;仿真分析

中圖分類號(hào)：TM351? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1674-1161（2020）03-0028-02

高速電機(jī)具有體積小、功率大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中。但是，由于高速永磁轉(zhuǎn)子的高速、高頻附加損耗較大，而散熱條件較差，導(dǎo)致高速電機(jī)單位體積內(nèi)的損耗比普通電機(jī)大得多，必須選擇合適的永磁體材料，設(shè)計(jì)合理的永磁體工作點(diǎn)和充磁方式。

1 永磁體材料選擇

高速電機(jī)的永磁體不僅要具有良好的磁性能，而且應(yīng)具有足夠高的工作溫度和熱穩(wěn)定性，以防止轉(zhuǎn)子過熱造成永磁體不可逆失磁。選擇永磁體材料應(yīng)遵循以下原則：一是要保證電機(jī)氣隙中有足夠大的氣隙磁場(chǎng)和規(guī)定的電機(jī)性能指標(biāo);二是在規(guī)定的環(huán)境條件、工作溫度和使用條件下保證磁性能的穩(wěn)定性;三是要有良好的機(jī)械性能，方便加工與裝配;四是經(jīng)濟(jì)性好，價(jià)格適宜。

為了保證電機(jī)轉(zhuǎn)子在150 ℃仍能穩(wěn)定工作，可向釹鐵硼材料中加入鏑、鈷、鋱等重金屬，并設(shè)計(jì)永磁轉(zhuǎn)子的Pc值為1，使永磁轉(zhuǎn)子在200 ℃時(shí)不退磁。如28UH燒結(jié)釹鐵硼永磁材料，其性能見表1。

2 永磁轉(zhuǎn)子充磁方式

高速電機(jī)一般為兩極或四極。兩極電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子為整體結(jié)構(gòu)，有利于保持轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)可降低高頻附加損耗，且加工及充磁工藝簡(jiǎn)單;但其定子繞組端部較長(zhǎng)，鐵芯軛部較厚。永磁轉(zhuǎn)子充磁方式如圖1所示。

3 永磁體去磁分析

在設(shè)計(jì)永磁電機(jī)時(shí)需要計(jì)算最嚴(yán)重去磁情況下電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)分布，使永磁體內(nèi)最低局部工作點(diǎn)高于退磁曲線的拐點(diǎn)，以保證工作中電機(jī)內(nèi)不發(fā)生局部失磁。電流和溫度是導(dǎo)致永磁體失磁的主要原因。基于有限元法，采用場(chǎng)路結(jié)合的方法，分析高速電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子在額定負(fù)載和三相短路時(shí)的去磁情況，并利用fluent建立電機(jī)在流體場(chǎng)內(nèi)的模型（如圖2所示），將電磁場(chǎng)分析的損耗代入其中，分析通風(fēng)情況下電機(jī)的溫度分布。

電磁場(chǎng)分析結(jié)果如圖3和圖4所示。可以看出，當(dāng)電機(jī)在額定負(fù)載工作下，以及電機(jī)突然短路，甚至是10倍于額定電流的去磁電流下，永磁體在電磁方面很難失磁。

4 結(jié)論

通過以上仿真分析和試驗(yàn)研究，為永磁體在高速電機(jī)中應(yīng)用設(shè)計(jì)提供一種分析方法，以改善高速永磁電機(jī)的性能。

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Analysis on Electromagnetic Property of High Speed Permanent Magnet Motor

ZHANG Yubo1， WANG Yuzhuo2， LIN Tianzhu1

（1. Shenyang Lüyuan Motor Technology Co.， Ltd.， Shenyang 110136， China; 2. Liaoning Zhihui Zhongchuang Technology Co.， Ltd.， Shenyang 110136， China）

Abstract： High speed permanent magnet motor is widely used in the production of industrial and agricultural machinery. This paper introduces the characteristics of permanent magnet of high speed motor， puts forward the selection principle of permanent magnet materials， expounds the magnetization and demagnetization process of permanent magnet rotor of high speed motor， and conducts simulation analysis， in order to provide a reference analysis method for the application of permanent magnet.

Key words： motor; high speed; permanent magnet; electromagnetic property; simulation analysis