高速永磁電機電磁性能分析

張玉波 王玉琢 林田柱

摘要：高速永磁電機廣泛應用于工農業機械生產中。介紹高速電機永磁體的特點，針對其缺點提出永磁材料的選擇原則，闡述高速電機永磁轉子的充磁、去磁過程，并進行仿真分析，以期為永磁體應用提供一種可參考的分析方法。

關鍵詞：電機;高速;永磁體;電磁性能;仿真分析

中圖分類號：TM351? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2020）03-0028-02

高速電機具有體積小、功率大、效率高等優點，廣泛應用于工農業機械生產中。但是，由于高速永磁轉子的高速、高頻附加損耗較大，而散熱條件較差，導致高速電機單位體積內的損耗比普通電機大得多，必須選擇合適的永磁體材料，設計合理的永磁體工作點和充磁方式。

1 永磁體材料選擇

高速電機的永磁體不僅要具有良好的磁性能，而且應具有足夠高的工作溫度和熱穩定性，以防止轉子過熱造成永磁體不可逆失磁。選擇永磁體材料應遵循以下原則：一是要保證電機氣隙中有足夠大的氣隙磁場和規定的電機性能指標;二是在規定的環境條件、工作溫度和使用條件下保證磁性能的穩定性;三是要有良好的機械性能，方便加工與裝配;四是經濟性好，價格適宜。

為了保證電機轉子在150 ℃仍能穩定工作，可向釹鐵硼材料中加入鏑、鈷、鋱等重金屬，并設計永磁轉子的Pc值為1，使永磁轉子在200 ℃時不退磁。如28UH燒結釹鐵硼永磁材料，其性能見表1。

2 永磁轉子充磁方式

高速電機一般為兩極或四極。兩極電機的永磁轉子為整體結構，有利于保持轉子的動態平衡，同時可降低高頻附加損耗，且加工及充磁工藝簡單;但其定子繞組端部較長，鐵芯軛部較厚。永磁轉子充磁方式如圖1所示。

3 永磁體去磁分析

在設計永磁電機時需要計算最嚴重去磁情況下電機內的磁場分布，使永磁體內最低局部工作點高于退磁曲線的拐點，以保證工作中電機內不發生局部失磁。電流和溫度是導致永磁體失磁的主要原因。基于有限元法，采用場路結合的方法，分析高速電機永磁轉子在額定負載和三相短路時的去磁情況，并利用fluent建立電機在流體場內的模型（如圖2所示），將電磁場分析的損耗代入其中，分析通風情況下電機的溫度分布。

電磁場分析結果如圖3和圖4所示。可以看出，當電機在額定負載工作下，以及電機突然短路，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 結論

通過以上仿真分析和試驗研究，為永磁體在高速電機中應用設計提供一種分析方法，以改善高速永磁電機的性能。

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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