鐵心應力對永磁電機性能的影響有哪些？

經濟的快速發展推動了永磁電機產業專業化趨勢的進一步形成，對電機相關性能、技術標準和產品運行穩定性等方面都提出了更高的要求，永磁電機要想在更廣闊的應用領域獲得發展，必須從各個環節強化相關性能，使得電機的整體質量和性能指標都達到更高水準。

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對于永磁電機來說，鐵心是電機內非常重要的組成部分，對于鐵心材料的選擇，需要充分考慮導磁性能能否滿足永磁電機工作需要。通常情況下，永磁電機都選擇電工鋼作為鐵心材料，其主要原因就是電工鋼在導磁性能方面的表現較好。

電機鐵心材料的選擇對于永磁電機的整體性能以及電機成本控制都有非常重要的影響，當永磁電機進行制造、裝配和正式運轉的過程中會在鐵心上形成一定的應力。而應力的存在會直接影響到電工鋼片的磁導性能，造成導磁能力不同程度的下降，永磁電機的性能因此會有所下降，并且會增加電機損耗。

在永磁電機的設計制造中，對材料的選擇和利用要求越來越高，甚至接近材料性能的極限標準和水平，作為永磁電機鐵心材料的電工鋼，在相關應用技術以及鐵耗精確計算等方面必須達到非常高的精確度要求，才能滿足實際需要。

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原來所運用的傳統電機設計的方法計算電工鋼的電磁特性顯然是不準確的，因為這些常規方法主要針對常規條件，計算結果會有較大偏差。因此，需要一種新的計算方法針對應力場條件下的電工鋼導磁性能和鐵損情況進行精確計算，使得鐵心材料的應用水平更高，永磁電機的效率等性能指標達到更高水平。

鄭永等研究人員以鐵心應力對永磁電機性能的影響為主要內容，結合實驗分析，探討了永磁電機鐵心材料的應力磁性能和應力鐵損性能的相關機理。永磁電機工況下的鐵心所受應力影響，應力來源有很多種，且各種應力來源呈現出很多完全不同的性質。

從永磁電機定子鐵心應力形式來看，其形成的來源包括沖剪、鉚焊、疊壓、機殼過盈裝配等，而影響面積最大最顯著的是機殼過盈裝配導致的應力作用。對于永磁電機轉子而言，其承受的應力來源主要包括熱應力、離心力、電磁力等，相比普通電機，永磁電機正常情況下的轉速比較高，同時在轉子鐵心部位還要設置隔磁結構。

因此，離心應力是最主要的應力來源。永磁電機機殼過盈裝配導致產生的定子鐵心應力主要以壓應力方式存在，其作用點集中在電機定子鐵心的軛部，應力方向表現為圓周切向。而永磁電機轉子離心力形成應力性質是拉應力，該應力幾乎完全作用在轉子的鐵心上，其最大離心應力作用在永磁電機轉子隔磁橋與加強筋交匯的地方，使得該部位容易因此發生性能下降的情況。

鐵心應力對永磁電機磁場的影響

對永磁電機關鍵部位磁密變化進行分析，在飽和作用影響下電機轉子加強筋及隔磁橋等處的磁密度并沒有太大變化。電機定子以及主磁路等位置磁密度有非常顯著的變化。這也可以進一步說明永磁電機運轉過程中鐵心應力對于電機磁密度分布以及導磁性能的作用。

應力對鐵心損耗的影響

因為受到應力作用，永磁電機定子的軛部壓應力會比較集中，該部位損耗較大，性能明顯惡化，永磁電機定子軛部存在較大的鐵耗問題，尤其是定子齒軛交接部位鐵耗受應力影響增加幅度最大。研究通過計算發現永磁電機鐵耗因為拉應力影響增加了40%-50%，這一增加幅度還是比較驚人的，因此也造成了永磁電機總損耗的顯著增加。通過分析還可以發現，電機鐵耗是壓應力影響導致定子鐵心形成的主要損耗形式，對于電機轉子來說，運轉狀態下鐵心處于離心拉應力狀態下，不但不會增加鐵心損耗，反而還會有一定的改善效果。

應力對電感量與轉矩的影響

電機鐵心磁感性能在鐵心應力條件下發生惡化，其軸電感會一定程度降低，具體分析永磁電機磁路，軸磁路主要包括三個部分：氣隙、永磁體和定轉子鐵心，其中，永磁體是最主要的部分基于這一原因，當永磁電機鐵心磁感性能發生改變時，并不能造成軸電感發生很大的變化。

永磁電機氣隙與定轉子鐵心共同構成的軸磁路部分，與永磁體磁阻量相比小得多，將鐵心應力的影響充分考慮，磁感性能發生惡化，軸電感會顯著降低。對永磁電機鐵心應力-磁性能的影響進行分析，隨著電機鐵心磁感性能下降，電機的磁鏈減小，永磁電機電磁轉矩也會因此下降。

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審核編輯：劉清