（浙江省嘉兴市博远机电（嘉兴）有限公司浙江省嘉兴314001）
摘要：高速永磁同步电机与传统电机相比可直接驱动高速负载，省去了机械传动装置，避免了传动装置引起的损耗、机械振动和噪声，不但减小传动系统链，而且系统提高工作效率和运行精度。高速永磁同步电机的电磁损耗和空气摩擦损耗比普通电机要大，且转子的高速与高功率密度导致转子单位体积内的损耗增加，因此温升过高成了永磁转子设计中的难点。目前，高速电机中普遍使用的钕铁硼永磁体对温度比较敏感，转子温升直接降低永磁体的磁性能，甚至使永磁体不可逆失磁，从而影响电机性能。因此为保证电机具有良好性能，有必要对转子部分温度场分析。
关键词：高速永磁同步电机；转子；瞬态温度场分析
1概述
高速永同步磁电机在高速状态运行的过程中会产生一些问题，出现转子承受很大的离心力、转轴磨损严重等机械类的问题，而且电机内高频磁场引起定子铁心附加损耗和转子涡流损耗大幅度增加，电机内的温度升高，同时受温度影响永磁体性能会降低；如果转子散热条件不好，过高的温度将导致永磁体不可逆退磁，严重地导致电机无法运行。
因高速永磁电机转子本身含有内热源，转子温度场的预测可以归结到求解瞬态的含内热源的传热方程。当永磁体为圆筒形或者圆柱形时，采用解析解求解温度场成为可能。虽然对于几何形状及边界条件都比较简单的问题可以获得解析解，但是求解特殊几何结构和边界条件下的解析解仍然充满着挑战。对于多层圆筒（径向方向套接）的二维瞬态温度场，当圆筒端面为绝热时的解析解已被较早地研究过，采用分离变量法求解了单层和双层气缸的温度场。当圆筒端面为恒温时或一端恒温、一端绝热时，X.Lu采用一种新颖的分离变量法获得了其瞬态温度场解析解。这种新颖的分离变量法与Laplace变换结合起来求解了多层圆盘（轴向叠加）的瞬态温度场，其中圆盘上下表面（轴向）为对流换热边界条件，侧面为恒温边界条件。当处理含有内热源的瞬态传热方程时，目前有两种方法可以借鉴：有限积分变换法和基于分离变量法的“拆分法”。文献利用双重有限积分变换法求解了含内热源的轴向叠加的圆筒和径向套装的多层圆筒的瞬态温度场。对于前者，在轴向上采用Fourier积分变换，在径向上采用Hankel积分变换；对于后者，在径向上采用Hankel积分变换，在周向上采用Fourier积分变换。另外一种求解含内热源的径向套装多层圆筒瞬态温度场解析解的技巧是：在周向上将物理量（温度场，边界条件等）展开成傅里叶级数，然后在径向上进行一次积分变换，最后进行反变换。基于分离变量法的“拆分法”的处理技巧是：将含内热源的瞬态传热方程拆分成不含内热源的瞬态传热方程与含内热源的稳态传热方程（边界条件相应改变），用分离变量法求得这两个方程的解之后，再叠加即得到原问题的解。
2基本假设及其物理模型
高速永磁同步电机的转子结构如图1所示，其中环形永磁体沿直径切成两半后扣在心轴上，再在外面热套一个圆筒，即保护套。作如下假设：
（1）不考虑转子轴向上的温度分布，即对流换热系数和气隙流体的温度都用沿轴向的平均值代替。
（2）转子属性，比如比热容、密度、热导率等不随温度变化；事实上，永磁转子的工作温度一般不超过250℃，转子材料属性在此温度之内变化很小。
（3）转子材料的传热属性是各向同性的，并且各层材料之间接触良好。于是转子的物理模型可以用图2描述。