Eddy current losses in permanent magnets of surface mounted permanent magnet synchronous machines-Analytical calculation and high order finite element analyses

摘要

Synchronmaschinen mit Permanentmagneterregung besitzen drei wesentliche Verlustanteile: Eisenverluste im magnetischen Kreis, Stromwärmeverluste in der Statorwicklung und Wirbelstromverluste in den Permanentmagneten. Insbesondere Oberflächenmagnete sind direkt den asynchronen Anteilen im Luftspaltfeld, welche einerseits als Oberwellen und anderseits als Oberschwingungen dargestellt werden können, ausgesetzt. Analytische Berechnungen der Wirbelstromverluste in den Permanentmagneten für eine lineare als auch eine zylindrische Geometrie des Luftspalts zeigen die grundsätzlichen Zusammenhänge zu den bestimmenden Parametern auf Diese Ergebnisse dienen auch als Referenzlösungen für umfangreiche numerische Analysen mit der Methode der Finiten Elemente. Die Analysen mit unterschiedlichen Ansätzen für die Formfunktionen zeigen den deutlichen Einfluss auf die Genauigkeit der Ergebnisse. Die numerischen Ergebnisse dienen auch zur Darstellung des Einflusses der Polbedeckung der Permanentmagnete. Somit entsteht für lineare und zylindrische Luftspaltgeometrien eine klare Übersicht der wesentlichen Einflussparameter auf die Wirbelstromverluste in den Permanentmagneten.%Permanent magnet exited synchronous machines always show three significant portions of their losses: Iron losses within the magnetic circuit, power losses within the stator winding and finally eddy current losses within the permanent magnets. In particular, surface mounted magnets are directly exposed to asynchronous components of the air-gap field caused by either higher harmonic waves or higher time harmonics. Analytical calculation of the eddy current losses within the permanent magnets for both linear as well as cylindrical arrangements describe fundamental characteristics in dependence on only few significant parameters. These results serve as reference results for detailed numerical calculations using the finite element method, too. The finite element analyses with various formulations of the shape functions show the significant influence of the higher order elements on the accuracy of the eddy current losses. Additionally, the effects of a various pole coverage can be obtained from the results of the numerical calculations. Therefore, a clear summary of the significant parameters influencing the eddy current losses within the permanent magnets for both linear as well as cylindrical arrangements will be established.