基于渦流損耗分析的永磁型無軸承電機優化方案研究

摘要：永磁架構下的電機，高速轉動之時，轉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，包含徑向方位的轉矩轉動。相對運動特有的關聯，可分成徑向范疇中的作用力、轉矩凸顯的繞組磁場、懸浮態勢下的繞組磁場。單一架構中的、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計算，運算得來空載態勢的渦流損耗。調研得來的數值表明，永磁型關涉的這種損耗，不能脫離潛藏著的繞組磁場。擬定好的優化方式，應能設定新穎結構，縮減各時段的轉子渦流，提快運行速度。

關鍵詞：渦流損耗分析;永磁型;無軸承電機;優化方案

無軸承架構的電機，伴隨著徑向力。這樣的徑向力，管控著懸浮特性的繞組、傳統情形下的體系繞組。把這些繞組添加至預設的定子槽，極對數帶有差異的多重轉矩，會產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，會添加體系架構之中的渦流損耗。為此，轉子配件的損耗渦流，密切關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、概要的轉矩機理

永磁架構的電機，包含懸浮特性的繞組磁場、轉矩特性的這種磁場、永磁特性的同等磁場，是三層級以內的磁場疊加。轉矩的本源機理，等同永磁電機，包含繞組架構之中的彼此作用。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，繞組磁場關涉的徑向力，可被忽略掉。

體系架構中的徑向力，密切關聯著永磁磁場、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，轉子帶有明晰的徑向力，它會朝向特有的磁場方向。靜止態勢下，正y方位的磁場，帶有同等極性;疊加得來的結果，是增添了磁場。然而，負y這一方位的磁場，卻有所縮減。在這時，轉子關涉的指向，包含徑向范疇中的合力。

二、建構最優模型

穩定態勢的徑向力，應當予以管控。這樣的管控方式，是調和定子繞組、體系范疇的相位及電流。為便利調控，擬定好的繞組次序，應當考量初始時段的零電流;轉子特有的徑向力，應指向特有的正x。例如：同心架構下的繞組定子，就擬定了2這樣的極對數;定子槽固有的數值，設定成36個。應被運算出來的數值，包含如下數據：添加了三相特性的等同電流以后，轉矩特有的繞組電流;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、懸浮態勢的繞組磁場。

擬定了參數以后，永磁架構之下的無軸承電機，是可被調整的。設定好的雙重變量，都關涉懸浮繞組經由的電流。為此，只要更替了各時段的懸浮電流、預設的初始相位，即可管控徑向力，實現穩定態勢下的懸浮狀態。

三、高速率的運動傾向

無軸承銜接的電機，運轉速率偏快時，永磁特性的磁場、懸浮架構中的繞組磁場、轉矩配有的磁場，維持著高速情形之下的轉動狀態。穩定特性的轉子懸浮，應能確認某一轉速。永磁特性的這種電機，帶有可控特性的徑向作用。若要產生穩定態勢下的這種作用，轉子特有的機械角、繞組特有的這種角度，都應滿足預設的速度數值。與此同時，配套架構中的定子電角，也要擬定最優速率。定子范疇的繞組磁場，關聯著三相特性的對稱電流。依循設定好的極對數、機械角及特有的電角速度，可以辨識相對態勢下的轉角速度。

永磁框架內的電機，渦流損耗關聯著多次諧波，它并不關涉鐵耗及銅損耗。然而，永磁架構的無軸承電機，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，是轉子渦流特有的側重來源。轉子散發著的熱能偏多，永磁材料固有的溫度偏低、電導率也偏低，很易凸顯發熱退磁。極對數設定得偏高時，擬定的同等轉速之下，磁場及電流關涉的基頻很高;各層級內的諧波，也凸顯偏大數值下的渦流損失。

四、計算真實損耗

選取某規格下的樣機，當成測算根據。樣機固有的參數，包含如下特性：定子固有的外徑，擬定為118毫米;內徑設定成68毫米。定子槽固有的數目25及34。轉矩繞組預設的匝數設定成34;轉子鐵心固有的外側直徑，設定成58毫米。永磁體預設了2毫米特有的厚度，護套預設了1毫米這樣的厚度;鐵心預設了78毫米的初始長度。額定情形之下的轉速，是每分鐘11900轉。

根據設定好的樣機參數，建構有限元配有的解析模型。永磁架構中的電機模型，建構了網格剖分。采納外部范疇中的耦合電路，采納瞬態解析，辨析了損耗掉的總體渦流。外側安設的電路，添加了電流源特有的模型。擬定好的運算時間，設定成0.4秒鐘;體系架構內的時間步長，設定成0.002秒。轉子區段之中的渦流，關系著求解得來的參數。

五、多層級的損耗

（一）空載態勢下的損耗

為限縮氣隙磁場潛藏著的諧波，采納永磁體關涉的磁化形式，把外部架構之中的電流，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損耗。空載狀態之下的密度布設，凸顯明晰的規律傾向。

（二）帶有負荷的損耗

負載情形之下，無軸承架構內的電機，定子繞組會帶有穩定態勢下的、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。外部經由的電流，設定了最佳數值。計算得來的電流頻率，密切關涉旋轉速率、體系之中的極對數。多樣情形下，都應擬定精準特性的電流頻率、對應著的角頻率。設定瞬態求解，在電流促動之下，轉子附帶著的徑向力，應朝向正x這一方向。渦流特有的損耗密度，凸顯明晰的布設傾向。

最大范疇的渦流損耗，會超出53W。極對數增添時，功率驅動特有的電路要求，也會隨同提升。電流諧波及計算得來的電動勢諧波，都關涉偏大數值下的渦流損耗。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。極對數經由優化，限縮了這種損耗。未來時段的調研中，還應接續調研可用的削減方式。

（三）應注重的事項

轉矩特有的徑向力，應能設定得很精準。擬定好的優化方案，包含徑向力這一范疇的最優數值。永磁電機獨有的優勢，是功率密度擬定得很大，且不用配有勵磁控制，適宜高速態勢下的運轉。電機關涉的轉矩磁場，很難徹底規避掉渦流損耗。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。應被注重的是，轉子渦流耗費掉的損耗，遠會超出永磁特性的電機。

結束語

永磁體配有的無軸承電機，應符合預設的極對數、磁場旋轉情形之下的機械角度、旋轉之中的電角速度。永磁型這樣的電機，轉子渦流關涉的損耗，包含異步態勢下的運行耗費。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，凸顯偏大情形下的渦流損耗。為規避慣常的熱退磁，經過比對解析，采納了優選得來的新穎結構。

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