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更新时间: 2023-04-14

永磁电机损耗、温升和冷却分析

在高温环境下，永磁电机中材料属性发生变化，引起铁心损耗、绕组铜损、转子损耗均发生显著变化。在传热方面，真空或电机内部充油时传热方式不同，电机内部温度分布规律复杂;在散热方面，航天用电机的冷却环境和冷却条件受到制约，很难设计水冷、风冷等措施，导致其散热困难。

当电机工作在高温、高速、高功率密度等极限条件下，其发热温升更严重。电机温升过高造成永磁体出现不可逆失磁、漆包线绝缘层破坏甚至电机让绕组烧毁等事故，因此，损耗与温升的准确计算是耐高温永磁电机设计与分析的关键技术之一，并且电机发热温升也是影响电机可靠性和寿命的**主要因素。

目前，对永磁电机热问题的研究，主要集中在对热计算方法的研究上。热计算方法主要有五种:公式法、等效热路法、热网格法、温度场法和参数辨识法，其中温度场法是目前**常用的方法。

温度场计算中对热源(电机损耗)的计算是基础。铜耗的计算应主要考虑绕组电阻值受外界环境(如湿度、温度等)的影响，以及槽内导体的集肤效应等影响。而电机铁心损耗的计算，目前较准确的铁心损耗计算方法是依据分离铁耗模型，根据产生原因的不同将铁耗分为磁滞损耗、涡流损耗和杂散损耗，考虑电机内的旋转磁化和交变磁化分别加以计算。

在计算中，对铁心损耗系数及修正系数的确定至关重要。高温环境下，电机负载大范围变化，它不但使得电机绕组内的电流变化影响铜耗的产生，还导致气隙磁密波形的非正弦性从而影响铁耗。因此对高温环境永磁电机损耗的计算，需要综合考虑外界环境温度、电机极限性能及工作状态等各方面的影响因素。

以损耗为热源，考虑电机的传热散热途径，建立电机的温度场，以期得到电机各点的温度和温升规律，通常电机温度场模型中电机材料热系数是恒定的量，而在高温环境下，不但电机损耗是时变的，而且电机材料的导热系数等热参数也受环境的压力、温度等变化影响。

因此需要充分考虑恶劣环境的因素，采用数值计算和有限元分析相结合对永磁电机进行热问题研究，并且通过模拟实验环境进行测试验证，是拓展永磁电机系统在高温环境条件下安全工作的重要保证。