1 前言

电机设计分析过程中，效率的准确计算一直是个值得探讨的话题，效率计算不准确的主要原因是各个部件的损耗计算不准确。例如由于集肤效应及邻近效应引起的交流铜耗、铁耗的计算等，要想准确计算通常是需要深入研究的问题。本文从考虑电工钢带多次冲剪对硅钢片材料铁耗计算的影响的角度去分析铁耗的计算。

2 考虑硅钢加工因素的切边边缘铁耗劣化系数的抽取

由于硅钢每一次切割都会产生2条劣化边缘(如图1)，因此Maxwell 2019 R1新增抽取等效切边深度“Extract Equiv. Cut Depth”功能(如图2)。

图1 硅钢每一次切割都产生2条劣化边缘

图2 电工钢材料属性新增“Extract Equiv. Cut Depth”功能

为模拟硅钢片多次剪切对铁耗的影响，需要用户输入如图3所示的B-P曲线；输入不同切割边的铁耗测试曲线，抽取等效的劣化深度。

图3 输入不同切割次数时所对应的B-P曲线

3 不考虑切边边缘劣化系数的电机铁耗计算

将Maxwell2D案例命名为“Without_Cut_Mesh”，然后在Maxwell电机的硅钢材料库中选中DW465_50这个牌号的材料，然后用CloneMaterial(s)这个菜单功能复制一个硅钢材料，并将其命名为“DW465_50_without_edge_cut_mesh”，然后在该材料的属性面板中将其“Equiv.Cut Depth”这一项设置为0，如图4所示。

图4 “DW465_50_without_edge_cut_mesh”材料设置界面

对“Without_Cut_Mesh”这个Maxwell 2D案例进行有限元计算，其铁耗计算结果如图5所示。

图5 “01_Irms_176.8A_3000rpm_Without_Cut_Mesh”计算算例的铁耗曲线

4  考虑切边边缘劣化系数的电机铁耗计算

将Maxwell2D案例命名为“With_Cut_Mesh”，然后在Maxwell电机的硅钢材料库中选中DW465_50这个牌号的材料，然后用CloneMaterial(s)这个菜单功能复制一个硅钢材料，并将其命名为“DW465_50_with_edge_cut_mesh”，然后在该材料的属性面板中将其“Equiv.Cut Depth”这一项设置为1，将Composition设置为Lamination，设置合适的叠压系数，叠压方向设置为V(3)，表示z轴方向，如图6所示。

图6 “DW465_50_with_edge_cut_mesh”材料设置界面

考虑切边边缘劣化对铁耗的影响时需对网格EdgeCut设置，如图7所示，选择绕组、磁钢和铁芯这些对象，然后右键选择“AssignMesh Operations Options→ InsideSelection → EdgeCut”菜单，即会弹出如图8所示的Edge Cut网格设置界面，将Layer Thickness设置为0.2mm。

图7 “Edge Cut”mesh菜单

图8  “Edge Cut”mesh设置界面

对于“With_Cut_Mesh”这个Maxwell 2D案例进行有限元计算，其铁耗计算结果如图9所示。

图9 “With_Cut_Mesh”计算算例的铁耗曲线

5 两种计算状态的铁耗计算结果对比

不考虑切边影响及考虑切边影响的网格细节对比结果分别如图10、图11所示。

图10  不考虑切边影响网格细节

图11  考虑切边影响网格细节

考虑切边影响前(红色)后(绿色)铁耗曲线对比结果如图12所示。

图12  考虑切边影响前(红色)后(绿色)铁耗曲线对比结果

从结果上看，考虑了切边影响后，铁耗高于不考虑切边影响的情况。

6 总结

通过考虑电工钢带多次冲剪对硅钢片材料铁耗计算的影响，可以得到更加精确的铁耗计算结果，对于提高电机效率的计算具有重要意义。