定子槽口宽度对表贴式永磁同步电机永磁体涡流损耗影响

Electrical Engineering and Automation

December 2012, V olume 1, Issue 1, PP.11-16 Effect of Slot Opening on Eddy Current of Permanent Magnet in Surface Mount Type Permanent Magnetic Synchronous Motor

Chengning Zhang 1, Xiaopeng Wu 1#, Yugang Dong 2

1.National Engineering Laboratory for Electric Vehicle, Beijing 100081, China

2.National Engineering Laboratory for Electric Vehicle, Beijing 100081, China

#Email:3120100189@https://www.sodocs.net/doc/2a5775404.html,

Abstract

Analytic method and finite element method (FEM) are adopted to analyze the effect of slot opening on eddy current loss of permanent magnet in Permanent Magnetic Synchronous Motor (PMSM) applied on electric vehicle; Analytic method, which introduces a parameter considering width of stator slot, is used to determine this influence qualitatively, A 2D finite element model, which references to an existing 200kw PMSM, is built to calculate the eddy current loss by time-stepping finite element method.

The results indicate that eddy current of permanent magnet declines with the decreasing of slot opening, providing the theoretical basis for design of PMSM applied on electric vehicle.

Keywords: Eddy Current Loss of Permanent Magnet; Slot Opening; Analytic Method; Finite Element Method; PMSM 定子槽口宽度对表贴式永磁同步电机永磁体

涡流损耗影响*

张承宁1，吴晓鹏1，董玉刚2

1.北京理工大学电动车辆国家过程实验室，北京100081

2.北京理工大学电动车辆国家过程实验室，北京100081

摘要：采用解析法和有限元法结合研究电机定子槽口宽度对电动汽车用高速、高功率永磁同步电机永磁体涡流损耗的

影响；引入槽口宽度影响参数，采用解析法定性确定电机定子槽口宽度对表贴式永磁体涡流损耗的影响。结合现有200kw 高功率电动汽车用永磁同步电机，建立二维有限元模型，采用二维时步有限元法计算不同槽口宽度下电机永磁体的涡流

损耗；分析计算表明，随着槽口宽度的减小，永磁同步电机永磁体涡流损耗随之减小；为高功率电动汽车用永磁同步电

机设计提供理论依据。

关键词：永磁体涡流损耗；槽口宽度；解析法；有限元法；永磁同步电机

引言

作为永磁同步电机铁心损耗的一部分，永磁体涡流损耗会使永磁体温度升高，从而导致磁性能下降，最终造成电机效率降低。在以往的设计中，通常对永磁体内的涡流损耗不予考虑，而随着电动汽车的发展，车用表贴式永磁同步电机功率加大，功率密度变大，永磁体的涡流损耗逐渐成为不得不加以关注的问题。谢菲尔德大学朱自强教授对无刷直流电机解析永磁体涡流损耗进行研究了深入的研究[1-2]。文献[3-4]也提出了多种* 基金资助：受国家自然科学基金支持资助（51175040）；受广东省教育部产学研结合项目支持资助（2011A090200077）

解析方法对此永磁体涡流损耗进行分析。文献[5]中提出增加气隙长度的方法来减小涡流损耗。然而以上研究主要集中在表贴式无刷直流电机及嵌入式高速永磁同步电机的转子损耗问题上。很少有人对表贴式永磁同步电机的永磁涡流损耗进行研究。文献[6]对低速空载时外转子表贴式稀土永磁同步电机的永磁体涡流损耗进行了较为系统的分析和计算，推导了简化永磁体涡流密度表达式，但是电机功率不大，额定功率不到100kw 。事实上，随着功率等级的增加，由于永磁体散热条件恶劣，永磁体涡流损耗逐渐成为影响电机正常运行的最关键因素。我单位试制的32槽6极额定功率200kw 电动汽车用表贴式永磁同步电机。电机空载运行过程中发现，电机温升剧烈，尤其是电机转子，严重的情况下，影响电机正常运行。本文从电机尺寸设计角度出发，结合现有200kw 高速，高功率密度表贴式永磁同步电机，引入简化槽口宽度影响参数，采用解析法，定性确定电机定子槽口宽度对表贴式永磁体涡流损耗的影响。采用有限元法计算了不同槽口宽度下200kw 永磁同步电机永磁体的涡流损耗。

1 解析法分析模型

电机主要参数如表1所示：

表1 200kw 永磁同步电机主要参数

额定功率km 200 额定转速rpm

4300 额定转矩N*m

444 额定线电压V

500 最高转速rpm

8000 绝缘等级 H 级（工作温度180℃）

电机空载运行，定子绕组电流很小，但由于电机定子齿槽的存在所引起的气息磁导分布不均匀导致永磁内矢量磁位的变化，进而导致涡流损耗[1]。因而，通过分析齿槽效益引起的主磁场随时间变化规律可得到PMSM 空载运行工况下磁极内的涡流损耗的变化规律。为考虑不同槽口宽度对气隙磁导的影响，这里，引入参数K s = Bs0/t 1，为槽口宽度与齿距的比值。其中Bs0为定子槽口宽度，t 1为定子齿距。永磁体产生的磁动

势为非正弦磁动势，包含各次谐波分量。同时将气隙磁导简化为由一个气隙磁导恒定分量与气隙磁导波动分量乘以K s 叠加形成。图1所示为200kwPMSM 在平面的示意图。由于对称性，可以只选取其中一极进行分析。图中θ表示PMSM 的机械角度，其范围为0°到60°，相对于电角度范围0°到180°。气隙磁导以定子坐标系为参考坐标系，永磁体磁势以转子坐标系为参考坐标系。

图1 200kwPMSM 六分之一平面展开示意图 永磁体磁势幅值F mag 与气隙磁导Λ定义如下： ΛΛgg +ΛΛ0 kk ss ΛΛgg [cos2(θθZZ +α)]

FF mmmmgg =HH cc ?mm （1） Λ=μ0/δ

（2） 式中， h m —永磁体厚度；

μ0 —空气磁导率； δ—电机气隙长度。 考虑定转子间相对转动，同时规定电机旋转时，转子坐标系为静止坐标系，时变气隙磁导Λ(θ,t )和采用

傅里叶分析，傅氏变换后的时变永磁体表面磁势F a (θ,t )可表示为： Λ(θθ,tt )=ΛΛ0+ΛΛgg +kk ss ΛΛgg [cos2(θθZZ +α)?1] （3） FF mm (θθ,tt )=∑FF ii ?sin (ii ?θθPP )∞ii =1 （4）

上式中，Λ0—气隙磁导恒定分量；

Λg —气隙磁导波动分量最大幅值；

θZ =Z ?θ —为定子齿空间位置角，相对于中心线的角位移； α=ωZ t =2πZn 60t —定子相对于转子的角位移； Z —PMSM 定子齿数；

ωZ —定子齿相对于转子的角速度；

n —PMSM 同步转速； F i —永磁体磁势各次谐波分量的幅值；

i —奇数。 根据磁路欧姆定律，任意时刻气隙磁密B (θ,t )等于磁势F a (θ,t )与气隙磁导Λ(θ,t )的乘积： BB (θθ,tt )=FF mm (θθ,tt )?Λ(θθ,tt )=∑FF ii ?sin (ii ?θθPP )∞ii =1?〖{ΛΛ〗0+ΛΛgg +kk ss ΛΛgg [cos2(θθZZ +α)?1]?=∑FF ii ?sin (ii ?θθPP )∞ii =1??ΛΛ0+ΛΛgg +kk ss ΛΛgg ?+∑FF ii ?sin (ii ?θθPP )∞ii =1?ΛΛ0?1ΛΛ0kk ss ΛΛgg [cos2(θθZZ +α)]=∑FF ii ?sin (ii ?θθPP )∞ii =1??ΛΛ0+ΛΛgg +kk ss ΛΛgg ?+∑BB ii ?sin (ii ?θθPP )∞ii =1?kk ss ?λλgg ?[cos2(θθZZ +α)] （5） 式（2-4）中第一项不随时间变化，研究涡流问题时不予考虑。仅考虑第二项，即时变磁密的波动分量B af (θ,t )。 BB mmaa (θθ,tt )=∑BB ii ?sin (ii?θθPP )∞ii =1?kk ss ?λλgg ?[cos 2(θθZZ +α)]=∑BB ii ?ssii ss (ii?PP?θθ)∞ii =1?kk ss ?λλgg ??ccccss 2ZZ??θθ+2ππss 60tt?? （6） 式中，B i —磁密各次谐波分量幅值；

λg —磁导波动分量的比磁导；

根据麦克斯韦方程?×H =J ，及B =μr μ0H ，傅里叶展开后的涡流密度表达式 J Z (θ,t )为：

JJ ZZ (θθ,tt )=∑JJ ii ?sin (ii ?PP ?θθ)∞ii =1?kk ss ?λλgg ??cos2ZZ ??θθ+2ππss 60tt +γγ?? （7）

式中， J i —相对B i 涡流密度幅值； γ—涡流密度相对于磁密的相角；

从式（2-5）和式（2-6）可以看出，电机空载运行时永磁体内的涡流损耗不仅是B i 和λg 的函数，还是k s 的

函数，从而表明，定子槽口的宽度对永磁体涡流损耗具有一定的影响，随之槽口宽度的增加，永磁体涡流损耗随之相应增加。

2有限元建模与仿真

上述解析法分析中，由于使用简化模型，只能定性分析出定子槽口宽度对永磁体涡流损耗的影响，很难运用该模型准确计算出确切的损耗的数值。同时，现阶段电机性能分析中，有限元法被大量运用，计算结果较为准确，故本文采用二维时步有限元数值计算对不同槽口宽度下永磁体涡流损耗进行计算。电机六分之有限元模型如下图所示。

图2 200kw 永磁同步电机六分之一模型 PMSM 永磁体内的涡流场分析属于似稳电磁场分析问题，因此不考虑位移电流密度与传导电流密度的影响，不考虑电场变化所产生的磁场。

规定PMSM 研究区域为二维直角XOY 坐标系，在该区域中的源电流方向始终沿Z 轴方向，因此矢量磁位A 和电流密度J 只有Z 方向分量。文献[6]详细推导了永磁体涡流损耗有限元数值计算模型，而有限元数值计算模型并不是本文分析重点，故采用文献[1]中推导模型，根据200kw 表贴式永磁同步电机模型，得到应用矢量A 描述PMSM 求解域二维磁场的定解问题：

?????eeeeee?1μμeeAA eeee?+eeeeee?1μμeeAA eeee?=?JJ SS ?JJ MM ?JJ EE AA ZZ |LL 11=?AA ZZ |

LL 22AA ZZ |ss 11=00AA ZZ (ee,ee,ττ0)=AA ZZ00 （8） 式中，J S —定子绕组电流密度；

J S —永磁体等效电流密度；

J E —永磁内的涡流密度；

S—六分之一模型定子外侧边界面；

L—六分之一模型两侧边界面。

在一个电机周期内应用时步有限元法，每隔360°/N 电角度进行一次计算，可得每一时步永磁体内的涡流密度为：

JJ tt ss =?σσ?AA ss ?AA ss ?1tt ? （9）

式中，σ—永磁体电导率。

一个周期永磁体内的平均涡流密度为： LL 1 LL 2 SS 1

JJ=1NN∑|JJ tt ss NN ss=1|（10）式中，NN—时步有限元求解步数。

永磁体内的涡流损耗密度为：

pp ee=1σσJJ2（11）永磁体内的涡流损耗为：

PP EE=∫pp ee dddd VV cc（12）式中，VV cc—永磁体体积。

3结果

按照200kw表贴式永磁同步电机尺寸，建立二维电机模型，而后采用上述二维时步有限元方法进行计算。定子槽采采用犁型槽，槽型结构如图3所示，图中Bs0为槽口宽度，是计算过程中的唯一变量。

图3 定子槽型结构图

在电机其余各尺寸参数保持不变的情况下，本文对槽口宽度分别为2.5mm，3.2mm，4mm，5mm，6mm 进行了空载永磁体涡流损耗计算，计算电机各损耗结果如表2和图4所示，由于空载，电流很小，故电机铜耗没有考虑。

表2 不同转速不同槽口宽度下电机各部分损耗值

槽口宽度/mm 4300rpm 8000rpm

铁心损耗/kw 永磁体损耗/kw 铁心损耗/kw 永磁体损耗/kw

2.5 2.49 0.6164 5.552 0.6583

3.2 2.489 0.68 5.521 0.8034

4 2.483 0.79 5.483 1.038

5 2.4728 0.9687 5.445 1.4688

6 2.465 1.1944 5.408 2.0364

表2中铁心损耗表示电机定转子硅钢片上涡流损耗与磁滞损耗总和，可以看出，随着转速的升高，即频率的升高，铁心损耗明显上升。然而，槽口宽度对铁心损耗的影响非常小，仅有几十瓦，顾可认为铁心损耗与槽口宽度没有明显关系。

图4 不同槽口宽度下永磁体涡流损耗变化趋势

图中横坐标表示定子槽口宽度，纵表示表示永磁体涡流损耗数值，单位kw。下方折线为转速4300rpm 时永磁体涡流损耗变化趋势，可以看出，随着槽口宽度的减小，损耗值也随之减小，槽口宽度为6mm时，损耗值可达1.194kw，而当槽口宽度缩小到2.5mm时，损耗值几乎减小了一半，为0.616kw。上方转速8000rpm 时永磁体涡流损耗直线图反应了相同的变化趋势，而且在转速高时，槽口宽度的大小对永磁体涡流损耗的数值影响尤为明显，宽度为6mm时，损耗值达到了2.036kw，而宽度为2.5mm时，仅有0.658kw。

4总结

本文通过引入槽口宽度影响系数K s，运用解析法对定子槽口宽度对于表贴式永磁同步电机永磁体涡流损耗的影响进行了定量分析。同时运用二维时步有限元法对不同槽口宽度下电机空载永磁体涡流损耗进行数值计算。分析表明，随着槽口宽度的增加，永磁体涡流损耗随之增加，高转速情况下，增幅尤为明显。为减小电机永磁体涡流损耗，在不影响生产加工的情况，可使槽口宽度尽可能小。

R EFERENCES

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电机损耗计算

Power loss：这个名词，出现在11及之前的版本。指的是感应电流对应的铜耗。比如鼠笼式异步电机转子导条铜耗，永磁体涡流损耗等。在12及更高版本中，该名词已更名为Solidloss。 Solidloss：如上解释，出现在12及更高版本中，指的是大块导体中感应电流产生的铜耗。Coreloss：铁耗。指的是根据硅钢片厂商提供的损耗曲线，求得的铁耗。 Ohmic_loss：感应电流产生的损耗的密度分布。也就是Powerloss或Solidloss的密度。Stranded Loss R：电压源（非外电路中的）对应的绞线铜耗。 Stranded Loss：电流源，外电路中的电压源或电流源，对应的绞线铜耗。 铜耗问题，阐述如下。 铜耗分为2部分，一是主动导体产生的，比如异步和同步电机定子绕组；二是被动导体产生的，比如鼠龙式异步电机转子导条。主动导体一般是多股绞线（也就是stranded），被动导体一般是大块导体（solid）。它们分别对应stranded loss(R)和solid loss。 主动导体损耗：需要设置导体为stranded，并施加电压源，电流源或外电路。当施加的是电压源时，并且给定电机相电阻和端部漏电感（此处针对二维模型）值，则后处理中results/create transient report/retangular report/stranded loss R就是主动导体的损耗，比如异步或同步电机的定子铜耗。当施加的是电流源，外电路中的电压源或电流源时，后处理中results/create transient report/retangular report/stranded loss就是主动导体的损耗。建议选用电压源方法计算铜耗，因为电阻值是由用户指定的，而不是软件根据截面积和长度自动计算出来的，这样可以算得比较准确。 被动导体损耗：只需要给定被动导体的电导率，并且set eddy effect，则后处理中solidloss 即是被动导体的损耗，比如鼠龙式异步电机转子导条。这有点类似于涡流损耗的计算方法，因为涡流损耗和被动导体损耗，都是在非零电导率的导体上产生的。 以上方法，基于Ansoft maxwell 13.0.0及以上版本，并且适用于任何电机。 铁耗分析 对常规交流电机（同步或者异步电机），只有定子铁心才会产生铁耗，转子铁心是没有铁耗的，学过电机的人都明白的。因此，只需要对定子铁心给出B-P曲线（也就是铁损曲线）。注意，B-P曲线分为单频和多频两种，能给出多频损耗曲线最好，这样maxwell算得准些。设置完铁损曲线以后，还要记得在excitations/set core loss，对定子铁心勾选才行。此时，不需要给定子和转子铁心再施加电导率，这是初学者容易忽视的问题。后处理中，通过result/create transient reports/core loss查看铁耗随时间变化曲线。 再谈一下什么情况下需要做涡流损耗分析。对永磁电机，永磁体受空间高次谐波的影响，会在表面产生涡流损耗；对实心转子电机，由于是大块导体，因此涡流损耗占绝大部分。以上两种情况需要考虑做涡流损耗分析。现以永磁电机为例，具体阐述。对永磁体设置电导率，然后对每个永磁体分别施加零电流激励源，在excitations/set eddy effect，对永磁体勾选。注意，若只考虑永磁体的涡流损耗，而不考虑电机其他部分（定转子铁心）的涡流损耗，则只需要给永磁体赋予电导率值，其他部件不需要赋电导率，这是初学者容易搞错的地方。简而言之，只对需要考虑涡流损耗的部件，施加电导率，零电流激励和set eddy effect。后处理中，通过results/create transient reports/retangular report/solid loss查看涡流损耗随时间变化曲线。最后，再次强调一下，做涡流损耗分析，需要skin depth based refinement 网格剖分才行。

永磁同步电机学习笔记

1.内功率因数角：定子相电流与空载反电势的夹角，定子相电流超前时为正。 2.功率角（转矩角）：外施相电压超前空载反电势的角度，是表征负载大小的象征。 3.功率因数角：外施相电压与定子相电流的夹角。 4.内功率因数角决定直轴电枢反应是出于增磁还是去磁状态的因素。 5.实际的空载反电势由磁钢产生的空载气隙磁通在电枢绕组中感应产生，当实际反电势大于临界反电势时，电动机将处于去磁工作状态。空载损耗与空载电流是永磁电机出厂试验的两个重要指标，而空载反电势对这两个指标的影响尤其重大。空载反电势变动时空载损耗和空载电流也有一个最小值，空载反电势设计得过大或过小都会导致空载损耗和空载电流的上升，这是因为过大或过小都会导致空载电流中直轴电流分量急剧增大的缘故。还对电动机的动、稳态性能均影响较大。永磁机的尺寸和性能改变时，曲线定子电流I=f(E)是一条V形曲线。（类似于电励磁同步机定子电流和励磁电流的关系曲线） 6.由于永磁同步电动机的直轴同步电抗一般小于交轴同步电抗，磁阻转矩为一负正弦函数，因而矩角特性曲线上最大值所对应的转矩角大于90度，而不像电励磁同步电机那样小于90度。这是一个特点。 7.工作特性曲线： 知道了空载反电势、直轴同步电抗、交轴同步电抗和定子电阻后，给出一系列不同的转矩角，便可以求出相应的输入功率，定子相电

流和功率因数，然后求出电动机在此时的损耗，便可以得到电动机出去功率和效率，从而得到电动机稳态运行性能与输出功率之间的关系曲线，即为电动机工作曲线。 8.铁心损耗： 电动机温度和负载变化导致磁钢工作点改变，定子齿、轭部磁密也随之变化。温度越高，负载越大，定子齿、轭部的磁密越小，铁耗越小。工程上采用与感应电机铁耗类似的公式，然后进行经验修正。 9.计算极弧系数： 气隙磁密平均值与最大值的比值。它的大小决定气隙磁密分布曲线的形状，因而决定励磁磁势分布的形状、空气隙的均匀程度以及磁路的饱和程度。其大小还影响气隙基波磁通与气隙总磁通比值，即磁钢利用率，和气隙中谐波的大小。 10.永磁电机气隙长度： 是非常关键的尺寸。尽管他对于永磁机的无功电流影响不如感应电机敏感，但对于交直轴电抗影响很大，继而影响电动机的其他性能。还对电动机的装配工艺和杂散损耗影响较大。 11.空载漏磁系数： 是很重要的参数，是空载时总磁通与主磁通之比，是个大于1 的数，反映空载时永磁体向外磁路提供的总磁通的有效利用程度。空载漏磁系数以磁导表示的表达式又正好是负载时外磁路应用戴维宁定理进行等效转换的变换系数，同时由于负载情况的不同，电枢磁动势大小不同，磁路的饱和程度也随之改变，气隙磁导、漏磁导

铁芯损耗中的磁滞损耗和涡流损耗的区分

1 变压器铁芯损耗中的磁滞损耗和涡流损耗的区分 （盐城师范学院， 江苏 盐城 224002） [摘要] 本文介绍了用测试手段区分变压器铁芯损耗中的磁滞损耗和涡流损耗的基本方法,着重阐述了测试原理,测试装置和测试方法以及测试数据处理方法. [Summary] The text emphatically expounded testing principle, testing device, testing method and the method of dealing with testing data. This article introduced the basic method of distinguishing the magnetic resistance wastage and eddy current wastage of transformer core wastage by testing. 关键词 磁滞损耗 涡流损耗 区分方法 0 引言 在变压器铁芯损耗中包含着磁带损耗和涡流损耗，即：()()()c h FC P P P 涡流损耗磁滞损耗铁损+= 通常的电机测试（如变压器铜铁损的测量）仅是测出总的铁损FC P ，而不能进一步区分出其中的磁滞损耗分量和涡流损耗分量。 本文将简要地介绍一下我们用测试的方法来区分铁芯损耗中的磁带损耗和涡流损耗测试原理，采用测试装置，设计的测试方法以及测试结果的验证方法。 1 测试原理 在通常情况下，铁芯损耗的计算公式为： V B f V fB P P P m c m h c a FC 22 2 σσ+=+= （1） 上式是一经验公式，式中h σ，c σ均为与铁芯材料性质有关的系数，f 为电源频率，m B 为铁芯中磁感应强度的最大值，V 为铁芯材料的体积。 令（1）式中的A V B m h =2 σ，B V B m c =2σ，得： 2Bf Af P Fe += （2） 可见，当维持m B 不变时，A 、B 均与频率无关的常数。则有： Bf A f P FC += （3） 依据（3）式，在中心频率为50Hz 附近取一系列不同的频率值，分别测出其对应的Fe P 值，采用线性回归法对测试数据进行处理，即可得到（3） 式中的两个常数A 和B 。由Af P h =和2 Bf P c =即可区分出对应于某一f 值的Fe P 中的h P 分量和 c P 分量。 2 测试装置 1．被测样品：TB 单相变压器。（原边额定电压为220伏，副边为36伏。原边绕组匝数为1000匝，副边绕组匝数为180匝，额定容量为500V A 。） 2．变频电源：SDF-1型直流电动同步发电机组及KGT-1型可控调速器。 3．频率表：Hz D ?3型频率表。 4．功率表：W D ?34型低功率因数瓦特表。测试采用该表的300伏电压档和0.5安电流档。 5．电压表：V D ?26型电压表及MF-10万用表。本次测试采用上述两表的300伏档和50伏档，分别用于测量测试电路中的1U 值和2U 值。 6．电流表：A D ?26型电流表，本次测试采用该表的0.5安档。 3 测试方法 1． 实验装置的电路原理图如下： 2． 在测试中，在改变f 值时应始终保持m B 值不变。

永磁同步电机的原理及结构

. . . . 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。

关于Ansoft maxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明

考虑到最近很多人在问这个问题，因此专门整理出来，供新手参考。 先谈一下什么情况下需要做铁耗分析。对常规交流电机（同步或者异步电机），只有定子铁心才会产生铁耗，转子铁心是没有铁耗的，学过电机的人都明白的。因此，只需要对定子铁心给出B-P曲线（也就是铁损曲线）。注意，B-P 曲线分为单频和多频两种，能给出多频损耗曲线最好，这样maxwell算得准些。设置完铁损曲线以后，还要记得在excitations/set core loss，对定子铁心勾选才行。此时，不需要给定子和转子铁心再施加电导率，这是初学者容易忽视的问题。后处理中，通过result/create transient reports/core loss查看铁耗随时间变化曲线。 再谈一下什么情况下需要做涡流损耗分析。对永磁电机，永磁体受空间高次谐波的影响，会在表面产生涡流损耗；对实心转子电机，由于是大块导体，因此涡流损耗占绝大部分。以上两种情况需要考虑做涡流损耗分析。现以永磁电机为例，具体阐述。对永磁体设置电导率，然后对每个永磁体分别施加零电流激励源，在excitations/set eddy effect，对永磁体勾选。注意，若只考虑永磁体的涡流损耗，而不考虑电机其他部分（定转子铁心）的涡流损耗，则只需要给永磁体赋予电导率值，其他部件不需要赋电导率，这是初学者容易搞错的地方。简而言之，只对需要考虑涡流损耗的部件，施加电导率，零电流激励和set eddy effect。后处理中，通过results/create transient reports/retangular report/solid loss查看涡流损耗随时间变化曲线。最后，再次强调一下，做涡流损耗分析，需要skin depth based refinement 网格剖分才行。 以上方法，适用于Ansoft maxwell 13.0.0及以上版本，并适用于所有电机种类。 一、 MAXWELL分析磁场时，电气设备或电气元件（无论是电机还是变压器）主要包括两个部分，一个是励磁线圈，另外一个是磁性材料。所以总的损耗包括线圈损耗（也叫铜损）和磁芯损耗（也叫铁损）两个部分。其中线圈损耗还包括直流损耗（也就是直流电阻的损耗）和交流损耗（交流电流下的趋肤效应和邻近效应产生的损耗），这个交流损耗也叫做涡流损耗，在涡流场和瞬态场中可以通过设置EDDY EFFECTS来计算。而铁损只能在瞬态场中计算。铁损的计算，主要是由磁芯材料供应商提供的各种频率和工作磁感应强度下的测试数据为基础，使用STEINMETZ方程式，采用插值法得到的。这个铁损已经包含了磁芯的所有损耗，即：磁滞损耗，涡流损耗和剩余损耗。铁损的计算分两种，一种主要是软磁铁氧体（POWER FERRITE),另外一种主要是矽钢片（ELECTRICAL STEEL)，两种计算公式不同。 二、 SOLIDLOSS（实体导体损耗)是指任何导体材料的损耗，既可以包含源电流，又可以有涡流电流。 SOLID CONDUCTOR(实体导体）又包含两种，一种是主动导体，即有外加电流的导体，另外一种 是被动导体，即没有外加电流。被动导体又有两种情况，短路和开路。定子和转子其实就是被动导体 ，当然有涡流存在，也就是一种SOLIDLOSS。其实应该还有一种导体损耗，DISPLACEMENT (位移电流），但是通常都很小，一般用于交变电场分析，磁场中很少用。 三、关于powerloss和coreloss

永磁同步电机基础的知识

(一) PMSM 的数学模型 交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设： 1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的； 2) 不考虑涡流和磁滞损耗； 3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势， 忽略气隙中的高次谐波； 4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件； 5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。 永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下： (l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示: d d s d d c q q q s q q c d di u R i L dt di u R i L dt ωψωψ?=+-????=++?? 其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。 若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相

静止坐标系的变换，如下式所示。 cos sin 22 cos()sin() 33 22 cos()sin() 33 a d b q c u u u u u θθ θπθπ θπθπ ?? ? - ??? ?? ?? =--- ? ?? ?? ?? ?? ? +-+ ?? (2)d/q轴磁链方程： d d d f q q q L i L i ψψ ψ =+ ?? ? = ?? 其中，ψf为永磁体产生的磁链，为常数，0 f r e ω ψ=，而c r p ω ω=是机械角速度，p为同步电机的极对数，ωc为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项 倍。 (3)转矩方程： 3 2 e d q q d T p i i ψψ ?? =- ?? 把它带入上式可得: 3 () 2 33 () 22 e f q d q d q f q d q d q T p i L L i i p i p L L i i ψ ψ ?? =+- ?? =+- 对于上式，前一项是定子电流和永磁体产生的转矩，称为永磁转矩；后一项是转子突极效应引起的转矩，称为磁阻转矩，若Ld=Lq，则不存在磁阻转矩，此时，转矩方程为： 3 2 e f q t q T p i k i ψ == 这里， t k为转矩常数， 3 2 t f k pψ =。

Maxwell 铁耗计算和涡流损耗

Maxwell help文件 为Maxwell2D/3D的瞬态求解设置铁芯损耗 一、铁损定义（core loss definition） 铁损的计算属性定义（Calculating Properties for Core Loss(BP Curve) 要提取损耗特征的外特性（BP曲线），先在View/EditMaterial对话框中设置损耗类型（Core Loss Type）是硅钢片（Electrical Steel）还是铁氧体（Power Ferrite）。 以设置硅钢片为例。 1、点击Tools>Edit Configured Libraries>Materials. 或者，在左侧project的窗口中，往下拉会有一个文件夹名为definitions，点开加号，有个materials文件夹，右击，选择Edit All Libraries.，“Edit Libraries”对话框就会出现。 2、点击Add Material，“View/Edit Material”对话框会出现。 3、在“Core Loss Type”行，有个“Value”的框，单击，会弹出下拉菜单，可以拉下选择是硅钢片（Electrical Steel）还是铁氧体（Power Ferrite）。 其他的参数出现在“Core Loss Type”行的下面，例如硅钢片的Kh,Kc,Ke,and Kdc，功率铁氧体的Cm,X,Y,and Kdc。如果是硅钢片，对话框底部的“Calculate Properties for”下拉菜单也是可以使用的，通过它可以从外部引入制造厂商提供的铁损曲线等数据（Kh,Kc,Ke,and Kdc）确定损耗系数（Core Loss Coefficient）。 4、如果你选择的是硅钢片，按如下操作： ①从对话框底部的“Calculate Properties for”下拉菜单中选择损耗系数的确定方法（永磁铁permanent magnet、单一频率的铁损core loss at one frequency、多频率的铁损core loss versus frequency）,然后会蹦出BP曲线对话框。 单一频率的损耗：点击图表上面的“Import from file.”可以直接导入BP曲线数据文件，但要“*。Tab”格式文件。如果纵横轴错了，可以点击“Swap X-Y Data”按钮，调换B轴和P 轴的数据，但是B轴和P轴的方向不变。或者直接在左侧的表格中填入对应的B值和P值，行不够了可以点击“Add Row Above”按钮，和“add row below”分别从上面和下面添加行，“append rows”是一口气加好几行，或者删除行“delete rows”。表下面的“frequency”表示当前的BP曲线是在什么频率下的性能。“Thickness”表示硅钢片的厚度，“conductivity”是电导率。点击“OK”确定。 多频率的损耗：打开对话框后左下方有个“Edit”窗口，是添加要设定BP曲线的频率的。分别加上几个频率，如1Hz和2Hz。每填写一个赫兹点一下“Add”按钮，就会把频率添加到上面的表格中。在相应的频率后面有“Edit dataset”按钮，点击可进入BP曲线编辑页面。与单一的相同，可以导入文件或者自己填写BP曲线数据。填完点击“OK”按钮。右侧的图中就会出现设定的BP曲线。在图标下面选择“select frequency”显示单一的左侧亮蓝色的频率下的BP曲线，选择“All frequencies”显示所有频率下的BP曲线。选择“original curve”则BP曲线的第一个点需要从0开始。选择“Regression Curve”则，图中不仅显示设定的BP曲线，还会附加一条BP值的增长趋势曲线。 ②确定BP曲线 ③在“Core Loss Unit”对话框里选择BP曲线的单位 ④输入频率Frequency、硅钢片质量密度Mass Density、导电率Conductivity、厚度Thickness 的值和单位。 Kh——滞后系数（Hysteresis Coefficient） Kc——经典涡流系数（Classical Eddy Coefficient） Ke——过量系数（Excess Coefficient） Kdc——考虑直流偏磁效应的系数

永磁同步电机永磁体涡流损耗计算与研究解读

密级：内部高速电主轴永磁同步电机永 磁体涡流损耗计算研究 The calculation and analysis of high-speed spindle permanent magnet motor eddy current losses in the permanent magnet 学院：电气工程学院 专业班级：电气工程及其自动化0903班 学号： 学生姓名： 指导教师：（副教授） 2013 年 6 月

摘要 永磁同步电机是由永磁体建立励磁磁场的同步电机，电机结构较为简单，降低了加工和装配费用，提高了电机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电机的效率和功率密度。当外磁场发生变化时，永磁体就会产生涡流导致发热。因此，很有必要对转子永磁体内的涡流进行计算和分析，并采取相应的解决办法。 本文主要运用了有限元软件对高速电主轴永磁电机永磁体的涡流损耗进行分析，以得到永磁体涡流损耗的大小和分布规律，并研究永磁体涡流损耗的影响因素，从而为减小永磁体涡流损耗提供依据。 首先建立高速电主轴永磁电机有限元模型，对模型进行激励源加载和剖分，为涡流损耗的分析奠定基础；然后采用上述模型，计算得到永磁体内涡流损耗的大小和分布；分析正弦波供电和变频器供电下永磁体涡流损耗的特点；最后着重研究不同极槽数、转子磁路结构对永磁体涡流损耗的影响，提出减小涡流损耗的措施，为提高电机性能奠定基础。 针对永磁同步电机自身的特点，通过二维电磁场有限元方法分别求解了空载时和负载时电机永磁体内的涡流。采用了瞬态分析，根据瞬态计算出的数据绘出了涡流损耗波形，并得出永磁体内的涡流损耗分布图。最后通过分析波形得出了影响永磁体内涡流的因素以及应采取的措施。 关键词：永磁同步电机；永磁体；涡流损耗；有限元法 I

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率 密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航 天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电 动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速 永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电 动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另 一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变 频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电 动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行 了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子 冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ?、起动转矩st T 和最大转矩max T 。本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 额定数据 数值 额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级 计算额定数据：

空调压缩机中永磁同步电机的损耗分析

空调压缩机中永磁同步电机的损耗分析 陈东锁 卢素华 陈 彬 （国家节能环保制冷设备工程技术研究中心 珠海 519070） 摘要：在空调系统中，电能主要用于压缩机运转，因此提高效率对于开发高效压缩机非常关键。为了提高永磁电机的效率，需要减少各种形式的电机损耗。永磁同步电动机其运行频率经常发生变化,致使电机内部的损耗随之改变。本文分析了影响永磁电机损耗的主要因素及其变化规律，得到一些对电机参考设计具有指导意义的结论。 关键词：永磁同步电机；有限元；铁耗；铜耗 Abstract：In the air-condition system, most of the electricity is consumed for operating the compressor. Therefore, developing a high efficiency compressor is necessary to increase the energy efficiency. To increase the efficiency of the PM motor, a reduced multiform loss is needed. The operation frequency of permanent magnet synchronous motor (PMSM) varies frequently, and its losses change correspondingly. In this paper, the main factor which affects losses and its variation were investigated, some conclusions which have guiding significance for the reference design of the motor were obtained. Key words：permanent magnet synchronous motors；finite element；iron loss；copper loss 引言 电机作为空调压缩机的核心部分，其效率的高低直接影响压缩机COP大小，所以提高电机的效率成为提高压缩机能效的主要途径。永磁同步电机具有体积小、效率高、输出转矩大等特点，应全球节能要求，永磁同步电机逐渐取代异步电机广泛应用于空调压缩机中。 为提高电机效率，首先需要分析电机损耗。电机损耗主要包括铜损、铁损、机械损及杂散损耗，如果能在设计电机结构时合理分配各损耗，则能使电机效率达到最优。 1永磁电机中的损耗 电机损耗直接影响电机效率，同时也是电机温升的来源。电机损耗可分为铜耗、铁耗、杂散损耗和机械损耗。其中铜耗即电机绕组上产生的损耗；铁耗指铁心中磁场变化而引起的损耗，包括磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗；杂散损耗是指其他损耗的统称，主要来源于电机内的漏磁场和谐波磁场；机械损耗是指轴承摩擦损耗、转子旋转时引起转子表面与冷却气体之间的摩擦损耗等。 1.1 铜耗 根据焦耳定律，电机的铜耗与电机绕组阻值和绕组内的电流有关，其计算公式如下： P I R 3 Cu 2 =（1）式中I为绕组相电流；R 为绕组相电阻，其中： （2）式中：ρ——铜线电阻率；L av——半匝线圈长 N——每相绕组串联匝数； N t——并绕根数 a——并联支路数 d——铜线直径 永磁电机中由T=K t I可知， P W R W d NL Cu av 22222 U U d d U U （3） ——气隙磁通 ——绕组因数 根据上述可知降低铜损的方法有：增加导线截面积、缩短绕组端部长度，工艺上提高绕组因数和槽满率，合理选用和设计磁钢，以保证足够大的气隙磁场。

永磁同步电机的原理及结构

完美格式整理版 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁 同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。

转子结构对高速无刷电机转子涡流损耗的影响

第42卷第9期2008年9月 浙　江　大　学　学　报(工学版) Journal of Zhejiang University (Engineering Science ) Vol.42No.9 Sep.2008 收稿日期:2007205229.浙江大学学报(工学版)网址:https://www.sodocs.net/doc/2a5775404.html,/eng 基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(Y104442),留学人员科技活动项目择优资助项目. 作者简介:周凤争(1981-),男,天津人,博士生,主要从事超高速永磁无刷直流电机的研究.E 2mail :zhoufengzheng @hot https://www.sodocs.net/doc/2a5775404.html, 通讯联系人:沈建新,男,教授,博导.E 2mail :j_x_shen @https://www.sodocs.net/doc/2a5775404.html, DOI :10.3785/j.issn.10082973X.2008.09.022 转子结构对高速无刷电机转子涡流损耗的影响 周凤争1,2,沈建新1,王　凯1 (1.浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;2.天津市电力公司技术中心,天津市300040) 摘　要:针对转子涡流损耗在高速电机中比较严重的问题,通过有限元分析研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响.分析表明:当永磁体周向宽度小于谐波磁场在永磁体中的透入深度时,永磁体分块能有效地减小永磁体中的涡流损耗;反之,永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加.利用涡流磁场的屏蔽作用,在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜片.尽管铜片中会产生涡流损耗,但该涡流产生的磁场抵消了气隙磁场的谐波分量,使永磁体、转子铁心以及保护环中的损耗显著减小,整体上降低了转子涡流损耗.关键词:永磁无刷直流电机;高速电机;转子涡流损耗;永磁体分块;铜屏蔽层 中图分类号:TM351 文献标识码:A 文章编号:10082973X (2008)0921587204 Influence of rotor structure on rotor eddy 2current loss in high 2speed perm anent m agnet brushless DC motors ZHOU Feng 2zheng 1,2,S H EN Jian 2xin 1,WAN G Kai 1 (1.College of Elect rical Engineering ,Zhej iang Universit y ,H angz hou 310027,China; 2.Technical Center of Tianj in Elect ric Power Corporation ,Tianj in 300040,China ) Abstract :Rotor eddy 2current lo ss appears significant in high 2speed permanent magnet brushless DC (PM BLDC )motors.The effect of segmenting magnet s on rotor lo ss was analyzed wit h finite element analysis.Only when t he circumferential widt h of t he magnet segment is smaller t han t he skin dept h ,t he eddy 2cur 2rent lo ss in t he magnet s can be reduced by segmenting ,ot herwise t he eddy 2current loss will increase.By using t he shielding effect of t he eddy 2current magnetic field ,a copper shield wit h high conductivity was used between t he retaining sleeve and magnet s.Alt ho ugh eddy 2current loss is induced in t he copper shield ,t his eddy 2current magnetic field reduces t he harmonic field in t he air 2gap ,so t hat t he lo ss in t he magnet s ,rotor yoke and retaining sleeve are cut down dramatically ,resulting in a reduction of t he overall rotor eddy 2current lo ss. K ey w ords :permanent magnet brushless DC motor ;high 2speed motor ;rotor eddy 2current loss ;magnet segment ;copper shield 近年来,高速永磁无刷直流电机因其高功率密度、高效以及良好的可控性等优点越来越得到工业界的青睐.目前高速电机的发展仍然受到一些技术问题的限制.例如,转子涡流损耗在中、低速无刷直 流电机中往往是可忽略的,但是在高速无刷电机中 比较严重,会引起转子永磁体过热与不可恢复性退磁.转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及由定子槽开口引起的气隙磁导变化所产生

永磁同步电机的原理及结构

第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后 就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。

一种减小无刷直流电机转子涡流损耗以及铜耗的驱动方法

2018年9月电工技术学报Vol.33 No. 18 第33卷第18期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Sep. 2018 DOI: 10.19595/https://www.sodocs.net/doc/2a5775404.html,ki.1000-6753.tces.171509 一种减小无刷直流电机转子涡流损耗以及 铜耗的驱动方法 谭博张海涛华志广刘卫国骆光照 （陕西省微特电机及驱动技术重点实验室（西北工业大学）西安 710072） 摘要基于三相六状态方波驱动方法的无刷直流电机电流谐波较高，转子涡流损耗较大，易造成永磁体过热不可逆退磁。同时，较大的铜耗易导致电机绕组温升过高，降低电机可靠性。提出一种基于电流规划的无刷直流电机驱动方法，该方法以三相反电动势作为状态变量，以电机转矩作为限定条件，以三相电流有效值最小作为优化目标，得出两相电流的理论给定解析值，并与两相反馈电流组成电流闭环。分析和仿真表明，与方波驱动方法相比，该驱动方法能使转子涡流损耗以及绕组铜耗明显减小。最后，以一个82W的无刷直流电机为对象搭建测试电路和转子涡流损耗模型，对所提出的方法进行验证。 关键词：无刷直流电机电流规划铜耗涡流损耗 中图分类号：TM351 A Drive Method of Brushless DC Motor to Decrease Rotor Eddy Current Loss and Copper Loss Tan Bo Zhang Haitao Hua Zhiguang Liu Weiguo Luo Guangzhao （Shaanxi Key Laboratory of Small & Special Electrical Machine and Drive Technology Northwestern Polytechnical University Xi’an 710072 China） Abstract The stator currant harmonics of brushless DC motor (BLDCM) are high in the square-wave drive method, which will increase rotor eddy-current loss and further raise the risk of rotor permanent magnet overheated demagnetization. The reliability of motor is also reduced. A novel method based on current planning for the BLDCM is proposed. In the method, the back-electromotive force (EMF) is considered as the state variable, the reference torque as a constraint condition, and the minimum phase currents as the optimization objectives. Then, the reference currents can be calculated. The current loop consists of the reference currents and two phase feedback currents. Analysis and simulations show that the rotor eddy-current loss and copper loss are lower than those of the square-wave drive method. Finally, taking an 82W BLDCM as the object, the model of rotor eddy-current loss and the test circuit are built to verify the proposed method. Keywords：Brushless DC motor (BLDCM), current planning, copper loss, eddy-current loss 陕西省国际科技合作与交流重点研发计划项目（2017KW-ZD-05）和陕西省重点研发计划（2017GY-048）资助。 收稿日期 2017-11-06 改稿日期 2018-01-27