高(gāo)速永磁铁(tiě)同(tóng)步電(diàn)機(jī)功率密度高(gāo)效率高(gāo)，體(tǐ)積小，重(zhòng)量(liàng)輕(qīng)，可(kě)靠性(xìng)好(hǎo)。因(yīn)此，高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)廣泛應(yìng)用(yòng)于(yú)運動(dòng)控制和驅動(dòng)系(xì)統領域。高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)在(zài)空(kōng)气(qì)循环(huán)制冷(lěng)系(xì)統、離心(xīn)機(jī)、高(gāo)速飛輪儲能(néng)系(xì)統、軌道(dào)交通(tòng)和航天(tiān)領域具有(yǒu)良好(hǎo)的(de)前(qián)景。

　　高(gāo)速永磁铁(tiě)同(tóng)步電(diàn)機(jī)有(yǒu)两(liǎng)个主(zhǔ)要(yào)特点。首先(xiān)，轉(zhuǎn)子速度很高(gāo)，轉(zhuǎn)速一般在(zài)12000r/min以(yǐ)上(shàng)。其次(cì)，定(dìng)子電(diàn)樞绕組電(diàn)流和定(dìng)子芯的(de)磁通(tòng)密度頻率較高(gāo)。因(yīn)此，定(dìng)子铁(tiě)、绕組铜(tóng)和轉(zhuǎn)子表(biǎo)面(miàn)的(de)渦流損失顯著增加。由(yóu)于(yú)高(gāo)速永磁铁(tiě)同(tóng)步電(diàn)機(jī)體(tǐ)積小，热(rè)源密度大(dà)，傳統電(diàn)機(jī)散热(rè)困難，可(kě)能(néng)導致(zhì)永磁體(tǐ)不(bù)可(kě)逆退(tuì)磁，電(diàn)機(jī)温(wēn)升(shēng)过(guò)高(gāo)，損壞電(diàn)機(jī)絕緣。

　　高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)是(shì)一種(zhǒng)需要(yào)在(zài)電(diàn)機(jī)设計(jì)階(jiē)段(duàn)準确計(jì)算的(de)緊湊型電(diàn)機(jī)。在(zài)高(gāo)頻供電(diàn)模式下(xià)，定(dìng)子芯損耗較高(gāo)，因(yīn)此有(yǒu)必要(yào)研究高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)的(de)定(dìng)子芯損耗。

　　根(gēn)據(jù)高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)的(de)设計(jì)方案(àn)，建立了(le)二(èr)維有(yǒu)限元(yuán)分(fēn)析模型，分(fēn)析了(le)徑向(xiàng)磁密度和切(qiè)向(xiàng)磁密度的(de)典型變(biàn)化(huà)規律，考慮了(le)諧波和旋轉(zhuǎn)磁化(huà)的(de)影響，分(fēn)析了(le)損失分(fēn)布(bù)規律，並(bìng)将計(jì)算結果(guǒ)與(yǔ)傳統的(de)三(sān)種(zhǒng)模型進(jìn)行了(le)比較。

　　建立高(gāo)速永磁铁(tiě)同(tóng)步電(diàn)機(jī)有(yǒu)限元(yuán)模型。以(yǐ)2极(jí)24槽高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)为例，額定(dìng)輸出功率为250kW，額定(dìng)轉(zhuǎn)速为67002r/min。建立高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)二(èr)維有(yǒu)限元(yuán)模型。電(diàn)磁分(fēn)布(bù)在(zài)高(gāo)速永磁铁(tiě)同(tóng)步電(diàn)機(jī)中(zhōng)相对(duì)复雜。建立一些(xiē)适當的(de)假设条(tiáo)件(jiàn)不(bù)僅会(huì)影響計(jì)算結果(guǒ)的(de)準确性(xìng)，而(ér)且(qiě)会(huì)大(dà)大(dà)提(tí)高(gāo)計(jì)算速度，节(jié)省(shěng)計(jì)算資源。高(gāo)速永磁铁(tiě)同(tóng)步電(diàn)機(jī)在(zài)建模过(guò)程中(zhōng)假设如下(xià)：

　　1.假设電(diàn)機(jī)內(nèi)的(de)電(diàn)磁场在(zài)軸向(xiàng)上(shàng)保持(chí)恒定(dìng)，将電(diàn)機(jī)的(de)有(yǒu)限元(yuán)模型简化(huà)为二(èr)維模型;

　　2.简化(huà)電(diàn)機(jī)端部(bù)效應(yìng)，将其等效为電(diàn)感(gǎn)和電(diàn)阻，並(bìng)納入(rù)定(dìng)子電(diàn)樞绕組;

　　3.電(diàn)機(jī)內(nèi)的(de)電(diàn)磁场與(yǔ)穩定(dìng)场相似，忽略位(wèi)移電(diàn)流;

　　4.事(shì)實(shí)上(shàng)，電(diàn)機(jī)芯外(wài)磁场比例較小，本(běn)文(wén)忽略了(le)電(diàn)機(jī)芯外(wài)磁场，假设定(dìng)子外(wài)圆(yuán)理想(xiǎng)的(de)磁絕緣。

　　根(gēn)據(jù)上(shàng)述假设，为了(le)解決高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)的(de)瞬态磁场，可(kě)以(yǐ)建立電(diàn)機(jī)二(èr)維有(yǒu)限元(yuán)計(jì)算模型。由(yóu)于(yú)高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)的(de)温(wēn)升(shēng)一直(zhí)是(shì)學(xué)術(shù)研究中(zhōng)的(de)一个難題(tí)，定(dìng)子槽采用(yòng)錘槽，以(yǐ)更(gèng)好(hǎo)地(dì)提(tí)高(gāo)電(diàn)機(jī)的(de)散热(rè)效果(guǒ)。

　　对(duì)于(yú)分(fēn)析電(diàn)機(jī)的(de)性(xìng)能(néng)和温(wēn)度场，準确計(jì)算高(gāo)速永磁析電(diàn)機(jī)的(de)性(xìng)能(néng)和温(wēn)度场非(fēi)常重(zhòng)要(yào)。定(dìng)子芯各(gè)点的(de)磁通(tòng)量(liàng)密度波形为非(fēi)正(zhèng)弦和非(fēi)線(xiàn)性(xìng)，磁密諧波含量(liàng)較大(dà)。通(tòng)常，旋轉(zhuǎn)電(diàn)機(jī)的(de)芯包(bāo)含交變(biàn)磁场和旋轉(zhuǎn)磁场，因(yīn)此很難準确計(jì)算定(dìng)子铁(tiě)的(de)消耗。

　　許多(duō)國(guó)內(nèi)外(wài)學(xué)者(zhě)对(duì)定(dìng)子铁(tiě)消耗進(jìn)行了(le)大(dà)量(liàng)的(de)研究，並(bìng)提(tí)出了(le)各(gè)種(zhǒng)铁(tiě)消耗計(jì)算模型。不(bù)斷反(fǎn)思(sī)課程教學(xué)，即是(shì)否明(míng)确反(fǎn)思(sī)課程教學(xué)各(gè)部(bù)分(fēn)的(de)理論知識，是(shì)否與(yǔ)工程實(shí)踐密切(qiè)相關(guān)，是(shì)否提(tí)高(gāo)學(xué)生(shēng)的(de)學(xué)習興趣，是(shì)否符合教學(xué)計(jì)劃(huà)。不(bù)斷反(fǎn)思(sī)教學(xué)过(guò)程，不(bù)斷糾正(zhèng)後(hòu)續課程的(de)教學(xué)內(nèi)容，不(bù)斷優化(huà)教學(xué)效果(guǒ)。

　　由(yóu)于(yú)旋轉(zhuǎn)磁场的(de)影響，高(gāo)速永磁铁(tiě)同(tóng)步電(diàn)機(jī)的(de)铁(tiě)耗时(shí)往往会(huì)導致(zhì)很大(dà)的(de)誤差。根(gēn)據(jù)諧波分(fēn)析原理，電(diàn)機(jī)中(zhōng)的(de)任何磁密波傅里(lǐ)葉(yè)片都可(kě)分(fēn)解为基波和一系(xì)列諧波重(zhòng)量(liàng)，以(yǐ)準确計(jì)算高(gāo)速永磁同(tóng)步電(diàn)機(jī)的(de)铁(tiě)耗。此时(shí)，铁(tiě)心(xīn)損失等于(yú)铁(tiě)心(xīn)磁密基波和铁(tiě)心(xīn)磁密諧波重(zhòng)量(liàng)产生(shēng)的(de)铁(tiě)消耗之(zhī)和。考慮到(dào)铁(tiě)芯中(zhōng)旋轉(zhuǎn)磁场的(de)影響，由(yóu)于(yú)铁(tiě)芯中(zhōng)每K次(cì)諧波重(zhòng)量(liàng)的(de)旋轉(zhuǎn)磁场为橢圆(yuán)形，橢圆(yuán)形旋轉(zhuǎn)磁场可(kě)分(fēn)解为两(liǎng)个正(zhèng)交變(biàn)磁场。因(yīn)此，橢圆(yuán)旋轉(zhuǎn)磁场的(de)总铁(tiě)耗等于(yú)徑向(xiàng)和切(qiè)向(xiàng)交變(biàn)磁场产生(shēng)的(de)铁(tiě)耗之(zhī)和。因(yīn)此，定(dìng)子铁(tiě)心(xīn)磁滞損失計(jì)算模型的(de)表(biǎo)达(dá)。