磁极轴向分段对永磁体涡流损耗影响的计算与分析

本文研究了磁极轴向分段对永磁体涡流损耗的影响，通过使用Ansoft三维有限元软件对一台额定功率为2.2kW的内置式永磁同步电动机进行建模，重点分析了空间谐波与时间谐波两个方面对涡流损耗的影响。文章首先建立了一个详细的三维有限元计算模型，随后对模型进行剖分并处理边界条件，以便于模拟计算。研究得出，通过磁极轴向分段，能够有效地降低永磁体中的涡流损耗，这对永磁同步电动机的设计具有重要的参考价值。 由于调速永磁同步电动机通常工作在高转速和高载波频率条件下，其永磁体极易因涡流损耗产生热退磁，影响电机性能，严重时会导致电机无法使用。永磁体涡流损耗主要由空间谐波和时间谐波两个方面引起。空间谐波主要来源于定子开槽与绕组分布导致的磁动势分布不均，时间谐波则是由于变频器供电时产生的定子电流非正弦波形所造成。通过对磁极进行轴向分段处理，可以有效减少由空间和时间谐波产生的涡流损耗。 为了深入理解涡流损耗的计算和分析，文章详细地探讨了永磁体涡流损耗的数学表达式，即pmag=∑k2Jkσvd，其中Jk表示涡流密度，σ表示电导率，v表示体积，k表示谐波次数。该表达式揭示了涡流损耗与电导率、涡流密度、体积和谐波次数之间的数学关系。 磁极轴向分段技术在永磁同步电动机设计中的应用已经成为电机设计人员普遍采用的一种有效手段。文章通过对比分析不同的磁极轴向分段对涡流损耗的影响，证明了分段技术能够显著降低涡流损耗，提高电机性能，对电机设计具有指导意义。 文章还提到了一些与永磁同步电动机涡流损耗相关的其他研究，如采用分数槽集中绕组的永磁交流伺服电动机，这类电机由于磁动势谐波含量丰富，特别容易产生涡流损耗，因此磁极轴向分段技术更显得尤为重要。 作者通过分析计算结果得出的结论是，磁极轴向分段对于降低永磁体涡流损耗有着积极的作用，这为永磁同步电动机的设计提供了有益的参考。文章还指出，永磁同步电动机的冷却问题也是设计中不容忽视的因素，良好的冷却设计可以进一步降低电机的温升，从而提高整体性能。 通过本文的分析，我们了解到在设计高功率密度、调速范围宽的永磁同步电动机时，必须考虑涡流损耗的问题，并且采用适当的措施如磁极轴向分段等来降低损耗。这对于电机设计人员来说是一个重要的提示，也有助于电机设计理论和应用实践的发展。