基于集中式方案和三維有限元法的無刷直流電動機定、轉子鐵耗及熱效應分析
摘要：
許多關于無刷直流電機的工業應用都涉及到電動機的熱極限。關于電動機構造的兩種情況極可能導致鐵耗，并且是電動機熱效應的必備知識。關于電動機的同步頻率：第一種情形相當于一個相對低速，但極對數較高（用于直接驅動的力矩電機）；第二種情形相當于極對數低，但轉速很高（例如大量貯藏應用）。
由于考慮到頻率超過磁性材料供應商正常范圍內的特征，鐵耗將是一個關鍵因素。因為激勵磁通和槽的幾何形狀引起的高次諧波頻率和轉子損耗也是本研究中的關鍵因素。
本篇研究的是一個有很多槽數和極數的力矩電機。作者對鐵耗和熱效應的模型采用了兩種不同的表達方式。第一種方式采用了兩組集中式方案。第一幅圖表示允許我們去測定磁通分布和定子、磁鋼及轉子軛部的鐵耗。溫度變化分布可以通過整個轉子的熱量表計算得來。第二種方式是采用有限元法分析兩維模式的磁效應和三維模式的熱效應分斬。
一個為無刷直流力矩電機而研制的試驗平臺，可以測量空載運行條件下的鐵耗，使用探針和紅外照相機去測量溫度。這樣，模擬和測量結果就會比較出兩種方式的準確特性。目前工作的兩大主要因素主要由以下組成：(1)走子、轉子軛部和磁鋼的整個鐵耗計算；(2)采用熱量圖表和三維有限元法模擬獲得的熱效應的比較。
關鍵詞：無刷直流電動機；集中式熱效應方案；定、轉子鐵耗；力矩電動機；二維、三維有限無法。
1引言
工業應用無刷直流電動機，意味著高同步頻率。由于成本控制是非常必要的，設計師通常只好使用傳統市場上常用的硅鋼薄片。比較典型的是基于fe-si的材料被廣泛使用。
永磁材料的使用可以獲得最小的鎖定力矩，這將通過選擇良好形狀****磁鋼產生磁力作用- (mmf)來實現。對于力矩電動機，設計師可以通過選擇適當的電動機齒和極的形狀（結構），得到每相每極下的小數齒數。這樣的選擇可以導致轉子軛部產生較大的鐵耗。
本文處理了電機中所有鐵耗的計算和熱效應的分析，它的第2部分給出了鐵耗的計算：
在定子、轉子軛部和磁鋼中，既有有效數字表示，又有二維有限元法[1][2]。通過應用在電梯升降中的直接驅動無刷直流電動機的整個鐵耗測量結果與模擬結論作了比較。在第3部分，計算得出的鐵耗和銅耗用作兩種熱模式的輸入：首先用作電動機熱量圖表[3][4]，其次用于三維的有限元法中。這些結果與溫度測量作了比較。在第ⅳ部分，作者給出了兩種方法準確程度的綜舍考慮，通過比較每種方法的精確度和運行計算時間。
2鐵耗測定
鐵耗測定需要有磁通密度變化、頻率和所有電動視磁鋼部分的磁性材料性能的信息。鐵耗有三個部分組成：渦流損耗、諧波損耗和額外損耗。用于測定的現有方法，既沒有應用于涉及材料特性、磁通密度、頻率等的分析表達，也沒有應用于損耗采取（基于貯藏特性）磁通密度和頻率的實際應用表達。
在無刷直流電動機中，鐵耗不僅僅出現在定子上，也出現在轉予中，它們在特殊電動機結構中扮演重要角色，尤其在那些每相每極分數齒數中。
2.1鐵耗的量化測定
一組參數計算模式dcrad可以用來去測定磁損耗【6】。該方法是基于將電動機分成相似的小塊，并且假設該部分的磁通密度是常數。特征測試的步驟如下所示：
等值磁路——網絡（格）的導磁描繪可以定義電動機的不同部分（定子、轉子、氣隙和****磁鋼），每個電動機繞組是由磁勢源表示。****磁鋼是由等值磁性能圖表示。
定向圖——等值磁路圖定義好以后，定向圖就可確定。
磁通測定——當定向圖測定好以后，每條支路等值磁路的磁通方程式就可表示出來。磁通方程式是非線性的，并且通過牛頓法計算得來。磁路中的每條支路的磁場可任意選擇。
力矩測定——接下來，當測試到磁飽和時，電動機就會產生力短。
電感測定——平均電感和微分（遞增）電感，是可以計算的。
渦流損耗——渦流損耗可以通過前面定義過的等值磁路圖測定。
對圖l中每個導磁性，相當于電動機的磁性材料部分。該圖表等值于渦流電阻，它與等值于磁導的 |
