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| 保護(hù)環(huán)對高速永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)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(yōu)點，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
但是高速電機的發(fā)展仍然受到一些技術(shù)問題的限制，例如，轉(zhuǎn)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(yán)重，能夠引起轉(zhuǎn)子永磁體的不可恢復(fù)性退磁，需要采取必要的措施來降低轉(zhuǎn)子渦流損耗。文獻(xiàn)[1—3]分別采用正弦充磁和永磁體分塊的方法米減小轉(zhuǎn)子的渦流損耗。
為了提高轉(zhuǎn)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(dǎo)率大的金屬材料如不導(dǎo)磁的鋼、鈦合金等，由于良好的導(dǎo)電性，氣隙磁場的諧波分量會在這種材料中產(chǎn)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(dǎo)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(dǎo)率低，不利于永磁體中熱量的散失。本文分析了不同的電導(dǎo)率的保護(hù)環(huán)對轉(zhuǎn)子空載和負(fù)載轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。分析表明：鈦合金保護(hù)環(huán)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(hù)環(huán)對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響
本文設(shè)計2．3 kw，1 5×10r／min的高速水磁無刷直流電機，電機結(jié)構(gòu)如圖l所示。保護(hù)環(huán)材料分別采用電導(dǎo)率為6．1 E5(s／m)的鈦合金sp700和電導(dǎo)率為3．33E4(s／m)的碳素纖維，這兩種材料均為不導(dǎo)磁的高強度材料，永磁體采用釤鉆s30H，其電導(dǎo)率為2E6(s／m)。采用暫態(tài)有限元模型分析了不同電導(dǎo)率的包裹材料對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。
1．1 空載轉(zhuǎn)子渦流損耗的計算
假定轉(zhuǎn)子鐵心的磁導(dǎo)率為無窮大，文獻(xiàn)[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(zhuǎn)子鐵心外徑；R。．是轉(zhuǎn)子永磁體外徑；R是定子鐵心內(nèi)徑；B是永磁體剩磁(B=0.97 T)；μ是永磁體相對磁導(dǎo)率(μr=l.06)。
有限冗計算結(jié)果和解析公式計算結(jié)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(dǎo)不均勻所引起的，也是空載轉(zhuǎn)子渦流損耗產(chǎn)生的原因。
圖3為不同保護(hù)環(huán)的空載轉(zhuǎn)子渦流損耗分布圖，從圖中可以看出，轉(zhuǎn)子空載渦流損耗主要在槽開口處。表l列出了空載轉(zhuǎn)子渦流損耗，因為鈦合金的電導(dǎo)率比碳索纖維大，所以鈦合金保護(hù)環(huán)中的渦流損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳素纖維保護(hù)環(huán)中的渦流損耗，永磁體和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗數(shù)值較小(≤1 w)，對轉(zhuǎn)子損耗影響不大。
l.2負(fù)載轉(zhuǎn)子渦流損耗的計算
對高速永磁電機來說，調(diào)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(dǎo)通三相六狀態(tài)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(zhuǎn)子同步，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，其它諧波分量合成的電樞磁場與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)牛大量的渦流損耗。采用暫態(tài)有限元模型分析了額定負(fù)載運行情況下的轉(zhuǎn)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(dǎo)率，因此鈦合金保護(hù)環(huán)中的渦流損耗要遠(yuǎn)大于碳素纖維保護(hù)環(huán)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(huán)中的渦流損耗要比碳素纖維包裹下的永磁環(huán)中的渦流損耗要小。這表明：
電導(dǎo)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(jié)語
本文討論了不同電導(dǎo)率的保護(hù)環(huán)對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。分析表明：槽開口引起的空載轉(zhuǎn)子渦流損耗數(shù)值較小，對轉(zhuǎn)子損耗影響不大，而電樞電流的諧波分量是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要原因；電導(dǎo)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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