电机设计：铁损（一）

电机的「铁损」是一个专业术语，但在背后其实涵盖了三大类的损失：磁滞损、涡流损，以及杂散损。这些损失皆发生在电机使用的导磁材料——也就是所谓的「铁芯」上。因此，这样的损失简称为铁损。然而，「铁心」这名称逐渐被淡化，目前主流的导磁材料为「硅钢片」，因此英文常称其为Core Loss，但中文称呼还是以「铁损」为主。

所有能量的传递和转换都有所损失，磁能也不例外。磁滞损主要是指在导磁材料中磁能转换的过程造成的损失。硅钢片，作为电机主要的导磁材料，不仅能承受高饱和磁通密度，其磁能特性上还具有较小的磁滞区域。图标为硅钢片的磁化曲线，我们可以看到其快速的磁场极性转换，有效地降低了磁滞损。

所有磁性材料均有其磁化曲线，即BH Curve。专家会依此判断材料的最大磁力、保磁能力、磁滞损失和充磁能量等属性。对大多数人来说，他们主要关注的是磁力B值，以此来评估材料的最强磁力。而曲线之间的区域大小也可以用来判断磁滞损失的程度。

磁滞损可以用数学公式表示，其中Ph代表磁滞损，kh是导磁材料的磁能特性参数，f是磁场变化的频率，Bm则是导磁材料的磁通密度。

当我们谈到电机的「磁滞损」时，其实牵涉到几个核心变量。其中，kh是材料的特性系数，一旦选定了材料，它就是一个固定值。这使得磁滞损的主要变量为磁场的变化频率f和导磁材料的磁通密度Bm。然而，出于最大化效益的考虑，Bm一般会被充分利用，因此可以被视为固定值。于是，真正的变量就只剩下磁场的变化频率f，或更直观的说，就是电机的转速。

这也解释了为什么高转速的电机需要高质量的硅钢片，因为磁滞损会随着转速的增加而增大。但要注意，这里的f指的是磁场的变化频率，它与电机的转速和磁极数有一定的比例关系。提到高转速时的磁滞损过大问题，有两种解决方案：选用高质量的硅钢片，也就是降低kh值；或是改变电机的磁极数以降低f值，进而减少磁滞损。

此外，我们还要考虑一件事：低频的电机不一定需要高质量的硅钢片。事实上，称其为「高质量硅钢片」或许不太合适，「低铁损硅钢片」可能更为贴切。但这种低铁损的硅钢片有一个双刃剑的效果：虽然损失降低，但其能承载的磁通量也下降，导致电机的转矩减少。电机设计者需权衡这两者的影响，来决定选用一般硅钢片还是低铁损硅钢片。

重点：

了解铁损的原因比计算铁损更为重要。