铁心应力对永磁电机性能的影响

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经济的快速发展推动了永磁电机产业专业化趋势的进一步形成，对电机相关性能、技术标准和产品运行稳定性等方面都提出了更高的要求，永磁电机要想在更广阔的应用领域获得发展，必须从各个环节强化相关性能，使得电机的整体质量和性能指标都达到更高水准。

对于永磁电机来说，铁心是电机内非常重要的组成部分，对于铁心材料的选择，需要充分考虑导磁性能能否满足永磁电机工作需要。通常情况下，永磁电机都选择电工钢作为铁心材料，其主要原因就是电工钢在导磁性能方面的表现较好。

电机铁心材料的选择对于永磁电机的整体性能以及电机成本控制都有非常重要的影响，当永磁电机进行制造、装配和正式运转的过程中会在铁心上形成一定的应力。而应力的存在会直接影响到电工钢片的磁导性能，造成导磁能力不同程度的下降，永磁电机的性能因此会有所下降，并且会增加电机损耗。

在永磁电机的设计制造中，对材料的选择和利用要求越来越高，甚至接近材料性能的极限标准和水平，作为永磁电机铁心材料的电工钢，在相关应用技术以及铁耗精确计算等方面必须达到非常高的精确度要求，才能满足实际需要。

原来所运用的传统电机设计的方法计算电工钢的电磁特性显然是不准确的，因为这些常规方法主要针对常规条件，计算结果会有较大偏差。因此，需要一种新的计算方法针对应力场条件下的电工钢导磁性能和铁损情况进行精确计算，使得铁心材料的应用水平更高，永磁电机的效率等性能指标达到更高水平。

郑永等研究人员以铁心应力对永磁电机性能的影响为主要内容，结合实验分析，探讨了永磁电机铁心材料的应力磁性能和应力铁损性能的相关机理。永磁电机工况下的铁心所受应力影响，应力来源有很多种，且各种应力来源呈现出很多完全不同的性质。

从永磁电机定子铁心应力形式来看，其形成的来源包括冲剪、铆焊、叠压、机壳过盈装配等，而影响面积最大最显著的是机壳过盈装配导致的应力作用。对于永磁电机转子而言，其承受的应力来源主要包括热应力、离心力、电磁力等，相比普通电机，永磁电机正常情况下的转速比较高，同时在转子铁心部位还要设置隔磁结构。

因此，离心应力是最主要的应力来源。永磁电机机壳过盈装配导致产生的定子铁心应力主要以压应力方式存在，其作用点集中在电机定子铁心的轭部，应力方向表现为圆周切向。而永磁电机转子离心力形成应力性质是拉应力，该应力几乎完全作用在转子的铁心上，其最大离心应力作用在永磁电机转子隔磁桥与加强筋交汇的地方，使得该部位容易因此发生性能下降的情况。

铁心应力对永磁电机磁场的影响

对永磁电机关键部位磁密变化进行分析，在饱和作用影响下电机转子加强筋及隔磁桥等处的磁密度并没有太大变化。电机定子以及主磁路等位置磁密度有非常显著的变化。这也可以进一步说明永磁电机运转过程中铁心应力对于电机磁密度分布以及导磁性能的作用。

应力对铁心损耗的影响

因为受到应力作用，永磁电机定子的轭部压应力会比较集中，该部位损耗较大，性能明显恶化，永磁电机定子轭部存在较大的铁耗问题，尤其是定子齿轭交接部位铁耗受应力影响增加幅度最大。研究通过计算发现永磁电机铁耗因为拉应力影响增加了40%-50%，这一增加幅度还是比较惊人的，因此也造成了永磁电机总损耗的显著增加。通过分析还可以发现，电机铁耗是压应力影响导致定子铁心形成的主要损耗形式，对于电机转子来说，运转状态下铁心处于离心拉应力状态下，不但不会增加铁心损耗，反而还会有一定的改善效果。

应力对电感量与转矩的影响

电机铁心磁感性能在铁心应力条件下发生恶化，其轴电感会一定程度降低，具体分析永磁电机磁路，轴磁路主要包括三个部分：气隙、永磁体和定转子铁心，其中，永磁体是最主要的部分基于这一原因，当永磁电机铁心磁感性能发生改变时，并不能造成轴电感发生很大的变化。

永磁电机气隙与定转子铁心共同构成的轴磁路部分，与永磁体磁阻量相比小得多，将铁心应力的影响充分考虑，磁感性能发生恶化，轴电感会显著降低。对永磁电机铁心应力-磁性能的影响进行分析，随着电机铁心磁感性能下降，电机的磁链减小，永磁电机电磁转矩也会因此下降。

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