永磁同步电机永磁体涡流损耗计算与研究

表贴式永磁电机永磁体涡流损耗有限元计算方法对比研究程思为;曾梓涵;张庆湖;李兴洪【期刊名称】《海军工程大学学报》【年(卷),期】2024(36)1【摘要】脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术广泛应用于表贴式永磁电机(surface permanent magnet synchronous motor,SPMSM)控制,而在PWM电流激励下永磁体内涡流损耗较大。

为快速、准确获取涡流损耗,基于电机磁场沿轴向近似均匀分布特性,提出了一种PWM激励下永磁体内涡流损耗有限元(finite element method,FEM)简化计算方法。

首先,以3台永磁体轴向分段数目不同的SPMSM为研究对象,对比同工况下简化方法、2D FEM、3D FEM涡流损耗计算结果,结果表明简化方法与3D FEM计算结果误差小于3%,而计算时间远小于3D FEM;然后,基于涡流损耗随永磁体轴向分段增大而减小的特点,通过不同永磁体轴向分段数目的SPMSM,在堵转工况下分离永磁体涡流损耗,验证了简化方法计算有效性;最后,通过实测电机各相电阻计算电机直流铜耗,对实测涡流损耗差值进行修正,进一步验证了简化方法的准确性。

【总页数】7页(P34-40)【作者】程思为;曾梓涵;张庆湖;李兴洪【作者单位】海军工程大学电磁能技术全国重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.永磁同步电机永磁体涡流损耗的二维有限元估算2.表贴式永磁发电机永磁体涡流损耗研究3.基于混合有限元解析法的永磁同步电机永磁体电涡流损耗估计4.表贴式多相永磁电机永磁体3次谐波削极分析5.表贴式永磁同步电机永磁体护套动力特性研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

本科生毕业设计（论文）开题报告论文题目：高速电主轴永磁同步电机永磁体涡流损耗的计算研究学院：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化0903班学生姓名：杨乐学号：090301087导师姓名：韩雪岩开题时间：2013年3月18日1.课题背景及意义1.1研究高速电主轴永磁同步电机的背景及意义永磁同步电动机（PMSM）具有效率高、功率密度高、控制性能好等优点，广泛应用于高性能的驱动领域。

各国机床行业为了提高自己企业的竞争能力,对数控机床和高档加工中心的研制都投入了相当大的精力,如何能进一步提高机床的加工精度、加工效率和自动化水平是各国机床行业都在广泛关注的问题。

主轴单元作为机床的关键部件,直接影响机床的加工精度,效率以及自动化水平,而主轴电机的性能则直接决定了主轴的优劣,因此研究和开发高性能的主轴电机,对提高机床的水平有着非常重要的意义[1]。

当前在数控机床和高精密加工领域中的电主轴仍以感应电机为主,这主要是因为感应电机的设计已经相当成熟,调速范围宽广,但是感应电机作为主轴电机仍然着具有明显的缺点:1)功率因数低效率差,导致需要配备大容量的逆变器装置;2)转子上有励磁绕组导致转子发热,产生的热源直接传至主轴影响主轴加工精度;3)转矩密度低,电机体积大;4)低速运行时,会产生较大的转矩脉动,与之相比永磁同步电机使用永磁体励磁具有转子不发热,效率和功率因数高,转动惯量小,动态响应快和转矩密度高等优点,主轴电机永磁同步化,将是提高数控机床领域竞争能力的重要途径之一。

因此，研究电主轴永磁同步的各部分损耗对有关此领域的发展具有重要的意义。

通过实际测量，永磁体区域的涡流损耗随着槽口的增大而大幅度增加，在一些情况下，不同永磁电机磁极区域的涡流损耗会远远地超过定子铁心损耗与电枢绕组铜耗，因而，忽略此部分损耗是不正确的。

然而，通过查阅国内外文献，发现关于利用有限元分析永磁电机永磁体内涡流场的研究和论文还相对较少，在国内也是鲜有研究。

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 ofhigh-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IAbstractBecause of the magnetic field which is built by permanent magnet, permanent magnet synchronous motor (PMSM) has simplified structure and low cost for its machining and installation. Besides, the operational reliability has also been improved. Benefiting from the absence of the exciting current and the excitation loss, the efficiency and the power density have increased.. The eddy current induced in permanent magnet often lead to heat when the external magnetic field is time-varying. So it is necessary to calculate and analyze the eddy current in rotor and to find solutions.The paper mainly uses the finite element analysis software to analyze high-speed spindle permanent magnet motor eddy current losses in the permanent magnet , so that to get the value and distribution of it. The same time it can study the factors of eddy current loss in the permanent magnet , so as to provide the basis for reducing the eddy current loss.Firstly, finite element model of the high-speed spindle permanent magnet motor is founded , and the model would be load the excitation source and split , all are laying the foundation for the analysis of eddy current loss ; Then using the above model ,to calculate the value and distribution of eddy current loss in the permanent magnet; characteristics of eddy current loss the permanent magnet under the sine wave power and inverter power is analyzed later; finally focusing on different poles number of slots, the structure of rotor magnetic circuit affect the eddy current loss in the permanent magnet , and take the measures to reduce eddy current loss , to lay the foundation for improving motor performance.Based on the actual structure of disc type permanent magnet synchronous machines, the magnet field of the machine and the eddy current in the rotor are solved by two-dimensional finite element method (FEM). The calculation is carried out under the condition of load and no-load, respectively. It includes the eddy current caused by the teeth of the stator and the different eddy currents under different running speed conditions. After solution, the magnetic vector potential waveformsIIand the eddy current waveforms are drawn according to the result data, and distribution figures of the eddy current losses are also obtained. Some influencing factors on the eddy current in the permanent magnet are concluded. Some effective measures are taken according to the analysis of the waveforms.Keywords: permanent magnet motor；permanent magnets；eddy current loss；finite element methodIII目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1高速电主轴永磁同步电机国内外发展状况 (1)1.2 永磁体涡流损耗的研究现状 (3)1.3 本课题研究意义及内容 (5)1.3.1 本课题研究的意义 (5)1.3.2 本课题研究的内容 (5)第2章永磁电机转子永磁体内的瞬态场及其分析方法 (7)2.1 电机电磁场的基本理论依据 (7)2.1.1 电机电磁场的数理基础 (7)2.1.2 边界条件的类型及处理方法 (8)2.2 二维瞬态场分析的特点及其数学模型的建立 (9)2.3 高速永磁同步电机永磁体内瞬态场的求解 (12)2.3.1 求解电机电磁场问题的数学方法 (12)2.3.2 分析涡流场的具体方法 (14)第3章高速永磁同步电机永磁体内涡流损耗的计算分析 (15)3.1 永磁体涡流损耗的有限元计算分析 (15)3.1.1 转子内永磁体涡流损耗的计算 (16)3.1.2 空载情况下永磁体涡流损耗的计算与分析 (16)3.1.3 负载情况下永磁体涡流损耗的计算与分析 (19)3.1.4 不同极槽配合永磁体涡流损耗对比分析 (21)3.2 本章小结 (23)第4章分析永磁体涡流损耗对永磁电机性能影响 (25)4.1 永磁体涡流损耗的影响因素 (25)4.2 减小永磁体涡流损耗的措施 (27)第5章总结 (29)参考文献 (31)致谢 (34)I第1章绪论1.1高速电主轴永磁同步电机国内外发展状况永磁电机具有节能高效、结构简单等一系列优点，在当今世界能源短缺的情况下，备受国内外专家学者和业内人士的普遍关注，是电机行业发展中的热点话题，其应用领域也正在不断地扩展。

125中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2020.03 （上）1 涡流损耗的概念所谓涡流损耗，一般来讲就是导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，导体内产生的电流导致的能量损耗。

在永磁同步电机中，由于转子与定子磁场同步旋转，常忽略转子的涡流损耗。

实际上，定子齿槽效应，绕组磁动势的非正选分布和绕组中的谐波电流所产生的谐波磁动势也会在转子永磁体、转子呃中引起涡流损耗，本文重点讨论转子永磁体上所产生的涡流损耗。

2 涡流损耗产生的理论分析在永磁同步电机中所含的磁场一般由三部分组成，即电枢绕组所产生合成磁动势，永磁体所产生的永磁磁场和气息中由电枢绕组和永磁体所产生的合成磁场。

考虑节距，分布和斜槽因数后，假设每项绕组有效砸数为，则每极下各项磁动势关于空间角位置θ的关系为：定子合成磁动势为各项磁动势之和，将上式叠加整理可得：（1）由式（1）可得，当时间0t=时，，当时间1t t =时，，把这两个磁动势波画出来比较可见磁动势的幅值没有变，只是F S1比F S2向前推进了一个角度β，，随着β角的增大，磁动势波布段的移动，所以s F 时一个恒幅，正选分布的一个正向行波，由于定子内腔为圆柱形，所以s F 实质上是一个沿浅谈高速永磁同步电机的涡流损耗苏兴彪1，贺方志2 （1.曲阜师范大学；2.山东港口日照港集装箱发展有限公司，山东 日照 276800）摘要：电机是一种能量转化的装置，电动机是把电能转化为机械能的装置，发电机就是把机械能转化为电能的装置。

然而，在每种转化过程种，都会有一定的损耗。

电机在运行过程中产生的损耗大致可以分为铁损、铜损、涡流损耗。

随着新能源汽车的发展以及新型永磁材料和电力电子技术的发展，对永磁电机的要求越来越高，低损耗、高功率的电机设计成了每个电机设计者的追求，本文主要内容为槽极配合减小涡流损耗。

关键词：永磁；电机；涡流损耗中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）03（上）-0125-02着气息圆周连续推移的旋转磁动势波，sF 的推移速度，可从波上任意一点的推移速度来确定，对于幅值这一点，其振幅恒为，式（1）中（2）把上式求导，可以求出幅值的推移角速度（3）式（3）表明磁动势推进的角速度和交流电电流的角频率相等，由于一转等于p·2pi 的点弧度，所以用转速表示旋转磁动势的转速n应为即恰好等于同步转速。

永磁同步电机永磁体涡流损耗快速计算方法探究在永磁同步电机中，永磁体涡流损耗是影响机器效率和寿命的重要因素之一。

为了快速准确地计算永磁体涡流损耗，本文提出了一种基于模态分析和有限元法的计算方法。

起首通过模态分析，成功地将永磁体涡流损耗问题转化为电磁场分析问题，并利用有限元法求解。

通过对不同永磁体结构的计算分析，可以得到永磁体涡流损耗与永磁体厚度、永磁体间隙、永磁体长度等因素的干系规律。

最后，基于上述探究，提出了一种好用的永磁体涡流损耗计算模型。

关键词：永磁同步电机；永磁体涡流损耗；模态分析；有限元法；计算模型AbstractIn the Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM), Permanent Magnet (PM) eddy current loss is one of the important factors affecting machine efficiency and life. In order to calculate the PM eddy current loss accurately and quickly, this paper proposes a calculation method based on modal analysis and finite element method. Firstly, the PM eddy current lossproblem is successfully transformed into an electromagnetic field analysis problem through modal analysis, and solved by the finite element method. By analyzing the calculation of different PM structures, the relationship between the PM eddy current loss and factors such as PM thickness, PM gap, and PM lengthcan be obtained. Finally, based on the above research, a practical PM eddy current loss calculation model is proposed.Keywords: Permanent Magnet Synchronous Motor; Permanent Magnet Eddy Current Loss; Modal Analysis; Finite Element Method; Calculation Model1. 引言永磁同步电机由于其高效、低噪音、低震动等优点，在工业和民用领域得到了广泛应用。

微电机MICROMOTORSVoo.53. No. 11Noe.2020第53卷第11期2020年 11月高速永磁电机转子涡流损耗解析计算徐广人，万德鑫，张超，王晓宇（沈阳工业大学国永磁电机工程技术研究中心，沈阳110870）摘 要：高速永磁同步电机采用变频器供电含有大量谐波、频率高等特点导致转子涡流损耗升高，从而使电机温度上升，给 ， 电机效率、永磁体性能等 ％针表 永磁电机， 子涡流损耗的解析计算，该方法在极坐标系下建立 型， 气隙 、护套、永磁体等子域，并为了提 型的计算精度，考虑了涡流反应影响和定子的开槽效应。

以一台15 kW 表贴式高速永磁电机为例，采用正弦波供电和PWM 供电两种供电方式，分析气隙、宽度以及护套子涡流损耗的 ％将析法的计算结果和有限元法结果进行比较，验证解析方法的 性。

关键词：表永磁电机；转子涡流损耗；解析法；有限元中图分类号：TM351 文献标志码：A文章编号：1001-6848（2020）11-0025-06Analytical Calculation of Eddy Current Loss is High-speen PermaneetMagnet MotorXUGuangten ， WANDexcn ， ZHANGChao ， WANGXcaoyu( NarnonaeEngnn e inng Reieaith CenreiBoiREPM EeetrintaeMathnne ， Shenyang UnneeiinryoBTethnoeogy ，Shenyang 110870， Chnna )Abstract : High speed permanent mdgne machines uses frequency conveaee to suppO powee ，which contains aoatgenumbetolhatmonccsand hcgh ltequencU ， oeadcngtothecncteaseoltototeddUcu t entoo s ， whcch makes themotottempetatutetcse ， btcngsdc l ccuotcestoheatdc s cpatcon ， and a l ectsthemotote l cccencU ， petmanentmagnetpetlotmanceand othetcndccatots.Fotsutlace-mounted hcgh-speed petmanentmagnetmotots ， theana- otccaocaocuoatcon oltototeddUcu t entoo s wasdetceed.Thcsmethod estabocshed thepo- oatcootdcnatesUstem ， conscdetcngtheactgap oength ， sheath ， petmanentmagnetand othetsubdomacns ， and cn otdettocmptoeethecaocuoatcon accutacUolthemodeo.ThecnlouenceoleddUcu t entteactcon and thesoo t cngeffeci of the statoe were consigered. Taking a 15kW meter mounted high speed permanent maenel eectac mo-totasan exampoe ， thecnlouenGeolactgap oength ， sootopencngwcdth and sheath matetcaoon tototeddyGu t ent oo s wasanaoyeed byuscngscnewaeepowetsuppoyand PWM powetsuppoy.ThetesuotsolanaoytcaomethodweteGompated wcth thoseollcncteeoementmethod toeetclytheaGGutaGyolanaoytcaomethod.Key wordt : sutlaGehcgh-speed petmanentmotot ； tototeddyGu t entoo s ； anaoytcaoGaouoatcon ； FEMo 引言电机具独特优点： 的 密度、效率高；电机体积小于电机，可以效的节 节省空间；电机的 量， 应 ；可与 负载直接相连，减系提高系 效率[1]%基于 电机收稿日期：2020 09—23作者简介： （1995）,男，硕士研究生，研究方向为电机及其控制。

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大功率永磁同步电机转子永磁体损耗研究
作者：朱卫光张承宁董玉刚
来源：《电机与控制学报》2014年第01期
摘要：针对大功率永磁电机同步电机运行时由于定子电流过大在转子永磁体中引起大量涡流损耗的问题，构建时变有限元模型，以控制器工作在不同开关频率下所测试得到的电流作为输入，分析气隙磁场畸变与控制器开关频率之间的关系，研究转子永磁体内感应电流和涡流损耗与控制器开关频率之间的关系，讨论在低开关频率下转子涡流损耗的变化情况。

最后搭建台架实验通过测量电机反电势电压衰减计算永磁体的涡流损耗。

实验与仿真结果表明，所构建有限元模型与台架实验取得了一致的结果。

关键词：大功率永磁同步电机；永磁体涡流损耗；开关频率；有限元模型；定子电流时间谐波
中图分类号：TM 321 文献标志码：A 文章编号：1007-449X（2014）01-0033-05。