● 效率恶化的元凶是“发热”

在评价电机性能的指标中，还有本文未提及的“效率”。效率值高的，就可认定为高性能。所谓效率，就是输出功率与输入功率的比值。例如，消耗了100W 的电功率，而（单位时间内）做了90W 的功时， 效率就是90%。那么， 剩下的10%——10W 功率哪里去了？实际上，它的大部分都变成“热能”散发掉了。其原因是能量没有用于本来的工作，而是变成某些热量损失了。反过来说，为了提高效率，就要关心如何减少无用的发热。

● 发热是哪里产生的？是电机内部，还是电子电路部分？

提到电子技术里令人满意的方面，不由得联想到电机控制电路（ 控制器） 中常用的MOSFET 或IGBT 等功率器件。这些器件在很多应用场合都实施了空冷或水冷等散热措施。这是因为半导体器件到了一定温度以上就不能发挥作用，或者受到损坏。在无刷电机的场合，控制器也有功率损失，但是远小于10%。前述10W 的损失几乎都消耗在电机内部，也就是变成了热。

● 电机内部哪里发热呢？

那么，电机内部哪里发热呢？大家可能会想到“大电流流过的线圈”在发热。这种电路（铜线）上的发热损失叫做“铜损”。此外还有“铁损”。它是在电机使用磁力的系统中，因磁力的变化在电机的铁（或铝）的部分产生涡流而导致的热损失（焦耳热）。严格地说，还有其他方面的损失，如“机械损失”（如在轴承上的损失）、“风损”（空气阻力）等，但在整体中是极少的，这里忽略不计。

● 是电机中的铁的部分吗？

所谓铁损，就是电机中的铁的部分发热而引起的损失。电机磁路的铁的部分由以下三部分构成。

（1）铁心（Core）

电磁铁（线圈）的铁心部分，一般是由叠层电磁钢片构成的。

（2）磁铁（Magnet）

有永久磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴合金磁铁、钕磁铁等。

（3）磁轭（Yoke）

用铁板连接并覆盖磁铁，磁通有沿着铁板集中的特性。磁通集中，磁力就增强。因为电机中使用了数个磁铁，所以，用铁板把它们覆盖连接成罩状，使磁通集中。这个铁罩就叫磁轭。这三部分都有产生铁损的可能。那么，铁损是怎样产生的呢？

● 铁损也有2 种

实际上，铁损大致分为2 种：

·磁滞损耗

·涡流损耗

磁滞损耗是磁性材料内部因磁场的方向反转时所消耗的能量。在磁性材料内部，有一种叫做磁畴的小单位。这些磁畴的磁场方向（磁畴的取向）一致。通过外部磁场改变这些磁畴的方向时，就需要能量。铁磁体也有很多种类，大体上说，高级材料所需的这种能量就很小。其次是涡流损耗。在磁路（也是电的导体）中，如果改变磁通量的强弱或方向，就必定会形成阻碍。这种变化的磁通，因而产生涡流（圆电流）。涡流引起的发热（焦耳热）就是涡流损耗。

● 如何降低铁损

为了降低磁滞损耗，必须选择或改善磁性材料。不过，低损耗材料的价格较高。为了减小涡流损耗，应当提高材料的电阻（调整硅钢片中的硅含量等），或者把电机的铁心做成薄片层叠结构（层间做电气绝缘处理），以减小涡流。

此外：

磁滞损耗与频率的一次方成正比，与磁通密度的平方成正比涡流损耗分别与频率的平方、磁通密度的平方成正比因此，在设计电机时，必须对极数（与频率有关）和磁路（有效磁通与磁通密度等）进行缜密的设计。

● 消除铁损

如果取消铁心、永久磁铁和磁轭这些产生铁损的部件，就不会产生铁损了。正如本文所述，不使用永久磁铁的电机也有数个种类。有一种没有铁心的“空心杯电机”。这种没有铁心的电机，具有小型、轻量、启动性能好的优点；也没有齿槽效应，可以更加顺畅地旋转。在无线遥控模型上经常可以看到这种电机。经常用稀土元素制成磁力强大的永久磁铁，构成昂贵的稀土电机。磁轭在决定磁通路径方面极其重要。有些电机不称之为磁轭，而叫做磁极罩（使磁路闭合的铁制外壳）。

● 铜损是线圈上产生的焦耳热

顾名思义，铜损是指电机的铜材部分，也就是线圈部分的损失。线圈有电阻，流入电机的电流（相电流）在电阻上产生损耗。铜损可以表示为i 2×r式中，i 表示电流（A）；r 表示电阻（Ω）。由此式可以计算出焦耳热。

● 如何降低铜损

为了减少铜损，可采取以下措施：

·减小i ，也就是减少相电流

·减小r ，也就是减少线圈电阻

因此，应当尽量使用较粗的导线，并尽可能使填充系数达到最大值。即便如此也难以抑制发热时，线圈的冷却就是必需的。用风扇进行强制冷却，效果好且结构简单，但电机的结构必须是开放式的。从防尘、防水的角度看，强制风冷不适合EV用电机。一般来说，作为EV 用电机，主流方案是在与铁心接触的外壳上通水的水冷方式。这种水冷方式的本意是冷却发热体的线圈，却成为通过外壳对铁心的间接冷却。电机的工作范围从无负荷状态直到堵转状态（受阻停转），在无负荷区域的损失以铁损为主；反之，在堵转状态的损失100% 是铜损。正常工作的电机中，铁损和铜损都导致发热。

使用无刷电机时，设法降低铁损和铜损非常关键。这也是设计电机时深入研究的重点。

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