三水桥检车出租， 增城桥检车出租， 顺德桥检车出租    电静液作动器中的永磁同步电机发热机理分析    永磁同步电机电机是电静液作动器中能量流动的第一环节，电缆中的电能通过电机转变为机械能。而在这一级转换的过程中所损耗的能量即成为电机发热的源头。 永磁同步电机主要由定子铁芯、绕组、电机轴、永磁体、轴承、壳体等部件组成，在运行的过程中，内部多个部件会产生相应的功率损失。其中，定子铁芯由于电磁特性产生的涡流损耗、磁滞损耗以及附加损耗一般被称为铁损；绕组由于其自身导线电阻所导致的损耗一般被称为铜损。在电机转动的过程中，由于摩擦而产生的功率损失被称为机械损失。以上三种功率损失通常被认为是电机的主要功率损失，即电机的主要发热源。 

 

     此外，电机转子中的永磁体同样存在涡流损耗，通常情况下因该涡流损耗较小而被忽略，但在电流存在高次谐波的情况下该涡流损耗会显著增加，导致永磁体过热，甚至导致退磁等故障。另外在湿式电机中，转子还会存在与内部流体的搅拌损失。 

 

     1 定子绕组发热机理分析： 永磁同步电机的绕组一般使用铜导线线圈，因此在定子绕组处的功率损失通常被称为铜损。根据焦耳定律，电机驱动电流在绕组线圈的电阻的作用下产生损耗并发热。一般情况下，电流流动时在导线横截面上均匀分布。此时，铜损CuP 可表示为 12i1nCu i TiP I RiI 为第 i 相绕组电流，iTR 为该相绕组在温度 T 时的电阻阻值，1n 为电机总相数。 在电机工作过程中，由于内部功率损耗的存在，绕组温度将高于初始温度，因此绕组阻值也将发生变化。在温度 T 时的电阻阻值与初始温度时阻值的关系通常可表示为 200 i iT0TCRTTCRC TR RC T式中，TCRC 为电阻温度系数，0iTR 为该相绕组在初始温度0T 时的电阻阻值。 假定永磁同步电机性能在运行过程中保持不变，即绕组电阻等保持恒定。选取永磁同步电机恒定转速条件下工况进行计算，在转速恒定在 3000rpm 时，铜损随驱动电流幅值变化情况。 

 

 

    由于永磁同步电机驱动电流幅值与负载转矩基本成正比关系，因此可知随负载转矩的增加，电机铜损将快速增大。 在永磁同步电机中，绕组所通电流为交流电流。随着交流电流的频率不断增加，电流将出现偏移的情况。由于交流电流在绕组周围产生变化的磁场，该磁场变化进一步在绕组中产生感应电流，进而导致电流趋向分布在绕组导线的表面，该种现象被称为电流的趋肤效应。 由于绕组线圈由多匝导线组成，因此单一导线除了处在其自身电流所产生的变化磁场中，还处于周围导线中电流所产生的电磁场当中，因此导线电流分布同样会受到周围导线电流的磁场影响，该种现象被称为电流的邻近效应。 在通常情况下，导体间的趋肤效应与邻近效应对电流损耗影响较小，仅在高频交流电流中存在明显影响，且趋肤效应除与电流频率相关外，还与导体间距等因素相关，难以使用解析法进行准确描述。综合电静液作动器中永磁同步电机工作电流等其他因素，忽略趋肤效应与邻近效应对铜损的影响。 

 

    2 机械损失机理分析： 永磁同步电机运行过程中由于摩擦产生的功率损耗通常被称为机械损失，针对干式电机，机械损失一般分为通风损失以及摩擦损失。通风损失一般指电机转子转动过程中与气隙中空气互相摩擦所产生的损失；摩擦损失一般指电机中轴承转动过程中摩擦所产生的损失。即机械损失mP 可表示为 mw bP =P +P   式中，wP 为通风损失；bP 为轴承摩擦损失。 电静液作动器中永磁同步电机相对封闭，因此气隙中空气的轴向流动可以忽略。通风损失wP 一般可表示为 3wr a r r rP =C r l v   式中，rC 为通风损失系数，与表面粗糙度等因素相关；a为电机内部空气密度；rr 为电机转子半径；rl 为电机转子长度；rv 为电机转子与内部空气接触处线速度。 电静液作动器中永磁同步电机通常使用滚珠轴承，滚珠轴承所引起的摩擦损失bp 一般可表示为 41.05 10bfP M nfM 为总摩擦力矩，取决于滚珠、保持架以及滚道之间润滑油膜状态，n 为电机转速。

      三水桥检车出租， 增城桥检车出租， 顺德桥检车出租  www.denggaochechuzu.com/ 

     3  永磁体涡流损失机理分析：  永磁同步电机中，存在着由于驱动电流、磁场空间等多种因素所导致的谐波。同时，电机转子所使用的铷铁硼永磁体与其他永磁体相比，电导率也相对较高。因此，转子永磁体将出现由谐波引起的涡流损耗。此外，由于与定子中的铁芯和绕组相比，转子永磁体散热性能相对较弱，易引起局部过热，进而导致永磁体退磁，电机性能下降等诸多问题。永磁体涡流损耗可初步表示为 2ppVP d V= J 中， J 为永磁体中涡流密度， 为永磁体电导率。 由于永磁体结构不规则，难以准确解析描述其内部涡流情况，因此永磁体涡流损失通常采用有限元仿真方法进行计算。根据后续有限元仿真结果可知，永磁体涡流损失主要与永磁体磁通密度变化的幅值和频率成正相关。 

      4  变化规律分析： 根据上文分析，永磁同步电机功率损失主要受驱动电流频率、幅值等变量影响，在电静液作动器中此类变量主要由系统工况决定。电静液作动器系统工况中的负载力幅值与运动速度决定了液压系统的压力与流量，进而决定了柱塞泵的转矩与转速，即电机的输出转矩与转速。而对于永磁同步电机，电机输出转矩与转速由驱动电流幅值与频率决定。 

 

    当电静液作动器系统处于重载工况，电机驱动电流幅值将处于较大值，由于铜损与电流幅值成二次方关系，此时铜损将快速增大。以本文选择的永磁同步电机为例，在低速重载工况中，铜损最高可占电机整体发热功率约 93%。 当电静液作动器系统处于高速工况，电机驱动电流频率将处于较大值，由于铁损中的磁滞损耗、涡流损耗、附加损耗均与电流频率成正相关，此时铁损将快速增大。以本文选择的永磁同步电机为例，在高速轻载工况中，铁损最高可占电机整体发热功率约 88%。与铁损类似，机械损失与永磁体涡流损失也与电流频率成正相关，但在电机整体发热功率中占比较小。

      三水桥检车出租， 增城桥检车出租， 顺德桥检车出租