内置式永磁同步电机磁钢涡流损耗和并绕导线间环流研究

【摘要】：永磁同步电机具有能量密度高、效率高、结构简单、运行可靠、体积小等优点,在小容量驱动领域已有替代传统电励磁电机的趋势。随着永磁同步电机向高转速、大容量方向发展,其附加损耗占总损耗的比例越来越大,在高速、大功率工况下运行时附加损耗甚至会超过基本损耗,导致电机内部温升升高,效率降低,影响电机的正常运行。文献研究表明永磁同步电机附加损耗中,其特有的磁钢涡流损耗和定子绕组并绕导线间的环流损耗最为突出,本文针对这两类附加损耗展开了深入研究并提出相应抑制措施。对于磁钢涡流损耗问题,本文在理论分析以及对比几种常见抑制措施的基础上,指出磁钢分块是抑制磁钢涡流损耗更为有效的方法,它既能有效地抑制磁钢涡流损耗,又基本上不会对电机性能产生影响。现有文献对磁钢分块的研究并不够深入,往往是在电机设计完成后再对磁钢分块与磁钢涡流损耗的关系进行分析计算,缺乏在电机设计阶段就对磁钢分块数进行确定的有效方法,针对这一问题,本文在分析磁钢涡流损耗影响因素的基础上,基于磁钢涡流损耗与磁钢尺寸的内在关系,推导并提出了一种最优磁钢分块尺寸与磁钢涡流损耗大小的相对关系式,并采用电磁场有限元的方法验证其正确性,从而为在电机设计阶段快速确定磁钢分块尺寸和分块数提供指导。对于绕组导线内部的环流问题,本文在理论分析环流成因、影响因素以及危害的基础上,借鉴大型交流电机绕组换位方法,结合永磁同步电机槽内及绕组端部空间相对较小的特点,依据样机有限元计算结果,提出一种适用于永磁同步电机的最小换位份数下绕组的换位方案,通过两轮样机空载反拖实验结果的对比表明:该换位方案能够显著减小绕组导线间环流,从而验证了所提换位方案的有效性和正确性,为抑制大容量高速永磁同步电机导线间环流提供了便于工程实践和较好效果的解决方案。