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| 保護環對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響（ZXJ） |
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0 引 言
高速永磁無刷直流電機具有功率密度高、體積小、效率高等優點，在很多領域有著廣泛的應用。
但是高速電機的發展仍然受到一些技術問題的限制，例如，轉了渦流損耗在中、低速無刷直流電機中往往是可以忽略的，但是在高速無刷電機中比較嚴重，能夠引起轉子永磁體的不可恢復性退磁，需要采取必要的措施來降低轉子渦流損耗。文獻[1—3]分別采用正弦充磁和永磁體分塊的方法米減小轉子的渦流損耗。
為了提高轉子的機械強度，通常在表貼式永磁體表面包裹一層高強度的非磁性材料，通常有兩種選擇：一種是電導率大的金屬材料如不導磁的鋼、鈦合金等，由于良好的導電性，氣隙磁場的諧波分量會在這種材料中產生大量的渦流損耗，但是金屬材料的熱傳到率高，利于永磁體中熱量的散失。，另一種是電導率小的非金屬材料如玻璃絲、碳素纖維等。特點是渦流損耗小，熱傳導率低，不利于永磁體中熱量的散失。本文分析了不同的電導率的保護環對轉子空載和負載轉子渦流損耗的影響。分析表明：鈦合金保護環中的渦流磁場能削弱氣隙諧波磁場，對永磁體中的渦流損耗有屏蔽作用。
1不同保護環對轉子渦流損耗的影響
本文設計2．3 kw，1 5×10r／min的高速水磁無刷直流電機，電機結構如圖l所示。保護環材料分別采用電導率為6．1 E5(s／m)的鈦合金sp700和電導率為3．33E4(s／m)的碳素纖維，這兩種材料均為不導磁的高強度材料，永磁體采用釤鉆s30H，其電導率為2E6(s／m)。采用暫態有限元模型分析了不同電導率的包裹材料對轉子渦流損耗的影響。
1．1 空載轉子渦流損耗的計算
假定轉子鐵心的磁導率為無窮大，文獻[4—5]給出了半徑r處氣隙磁密徑向分量的解析計算公式：
式中，B為r處氣隙磁密的徑向分量；R是轉子鐵心外徑；R。．是轉子永磁體外徑；R是定子鐵心內徑；B是永磁體剩磁(B=0.97 T)；μ是永磁體相對磁導率(μr=l.06)。
有限冗計算結果和解析公式計算結果基本吻合，如圖2所示，不同之處在于有限元分析的氣隙磁密波形存在下凹，這是槽開口引起的氣隙磁導不均勻所引起的，也是空載轉子渦流損耗產生的原因。
圖3為不同保護環的空載轉子渦流損耗分布圖，從圖中可以看出，轉子空載渦流損耗主要在槽開口處。表l列出了空載轉子渦流損耗，因為鈦合金的電導率比碳索纖維大，所以鈦合金保護環中的渦流損耗遠遠大于碳素纖維保護環中的渦流損耗，永磁體和轉軸中的渦流損耗變化不大。從表1可以看出，槽開口引起的空載轉子渦流損耗數值較小(≤1 w)，對轉子損耗影響不大。
l.2負載轉子渦流損耗的計算
對高速永磁電機來說，調制出高頻、火功率的正弦電流是不切實際的，通常采用兩兩導通三相六狀態的無刷直流電機運行方式，電機額定運行時的電流波形如圖4所示。 其中電流的基波分量合成的電樞磁場與轉子同步，產生電磁轉矩，其它諧波分量合成的電樞磁場與轉子異步，在轉子中產牛大量的渦流損耗。采用暫態有限元模型分析了額定負載運行情況下的轉子渦流損耗，如圖5所示。
從圖5和圖6可以看出，由于鈦合金的電導率，因此鈦合金保護環中的渦流損耗要遠大于碳素纖維保護環中的渦流損耗。雖然是同樣的永磁體，但是鈦合金包裹F的永磁環中的渦流損耗要比碳素纖維包裹下的永磁環中的渦流損耗要小。這表明：
電導率大的鈦合金中的渦流磁場能削弱氣隙諧波磁場，對永磁體中的渦流損耗有屏蔽作用。
2結語
本文討論了不同電導率的保護環對轉子渦流損耗的影響。分析表明：槽開口引起的空載轉子渦流損耗數值較小，對轉子損耗影響不大，而電樞電流的諧波分量是產生轉子渦流損耗的主要原因；電導率火的鈦合金巾的渦流磁場能削弱氣隙諧波磁場，對永磁體中的渦流損耗有屏蔽作用。 |
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