电机中的四大阻：电阻、磁阻、热阻、流阻

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电机，是集电工、电磁、绝缘、通风、机械、材料、电子等多学科耦合于一体的电气设备产品。对电动机而言，有磁场才有力矩，有电才有磁场，有电就需要导体和绝缘（电阻），有磁就需要导磁（磁阻），有导体、有力矩、有磁场，就会产生焦耳损耗、摩擦损耗、铁耗，有损耗就需要冷却、换热，有换热就会有热阻，通常需要有流体来换热，从而又有流阻。

因此，只要是电机，必有此四阻，本文对电机中涉及到的电阻、磁阻、热阻、流阻的概念及应用，进行总结如下。

一、电阻

导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻，电阻是最普通的电学概念，电阻的定义为：R=ρ×L/S

ρ为电阻率，常用单位Ω.mm2/m

L为导体长度，常用单位m

S为导体截面积，常用单位mm2

材料的电阻（率）是随温度变化而变化的，导体电阻率随温度的变化率就是电阻温度系数，用α表示：α=1/ρ×dρ/dT

其中， R 为电阻率，T 为温度，dR 表示电阻率的变化量，dT 表示温度的变化量。

大部分材料的电阻温度系数为正值，即温度越高、电阻率越大，而少数材料为负值，如晶体硅、铬、镍、碳晶体、锂硼酸盐、聚酰亚胺、钙钛矿等。

电阻的倒数是电导，电导用G表示，单位为西门子。对于纯电阻电路G=1/R。

导体通常分为导体、绝缘体、半导体。

电路的欧姆定律：电阻R=U/I

电阻的串联：R=R1+R2+R3

电阻的并联：1/R=1/R1+1/R2+1/R3

二、磁阻

磁阻Rm= A/(μ×L)

μ为磁导率，可以认为ρm=1/μ为磁阻率，则Rm= ρm×A/L，形式与电阻一致。

磁导率是材料对于磁场的响应程度，物理意义为单位长度中存在的磁偶极子矩量与外加磁场强度的比值，即μ=Δm/ΔH。其中Δm表示接受磁化时增加的单位长度磁偶极矩，ΔH表示施加在其上的单位长度磁力强度。

大部分材料的磁导率是随温度升高而下降的，即温度越高、磁阻率越高，当温度超过一定值时，铁磁性物质会失去铁磁性，此时称为铁磁性材料的居里温度（Curie temperature）点。

μ=μ0 [1-α(T-T0)]

其中，μ为硅钢片在温度T下的导磁率；μ0为硅钢片在参考温度T0下的导磁率；α为硅钢片的温度系数，通常为0.004/℃。

据相关资料介绍，以0.5mm厚度的NO.35HS211N硅钢片为例，硅钢片的导磁率在室温到100℃范围内基本不变，而在100℃以上导磁率急剧下降。当温度达到300℃时，导磁率只剩下原来的20%左右。

另有资料介绍，环境温度在30～120℃范围内，硅含量在2.0%～3.0%范围内的0.35mm无取向硅钢，温度从30℃升高到120℃时，铁损P1.5/50下降率约4.03%，磁感B50下降率约6.83%（100A/m～1000A/m的外加磁场），最大磁导率μm下降约9.36%（100A/m的磁场）。高频下，铁损显着增加，温度对铁损的影响相对明显，而磁导率显着降低，温度的影响相对不明显。

磁性材料分为顺磁性、抗磁性、铁磁性。

顺磁性（μ大于μ0）是一种弱磁性，顺磁质有：氧，铝，钨，铂，铬等；

抗磁性（μ略小于μ0）其相对磁导率是常数，略小于1，对外磁场的影响较小，属于弱磁性材料。抗磁质有：氮，水，铜，银，金等；

铁磁质是一类磁性很强的磁介质。从物质的原子结构观点来看，铁磁质内电子间因自旋引起的相互作用是非常强烈的，在这种作用下，铁磁质内部形成了一些微小的自发磁化区域，叫做磁畴。铁磁质有：铁，钴，镍等。

磁路的欧姆定律：磁阻Rm=F/ф

F——磁动势（磁势差），对应电压（电势差）

ф——磁通量，对应电流

与电阻率不同的是，磁阻率（磁导率）具有如下特征

1、非线性

非磁性材料的磁感应强度B和所处的磁场强度H成正比，它们的特性曲线呈线性关系；

而磁性材料，当外加磁场H达到一定程度后，B的增幅变缓甚至不再增加，即μ会急剧降低，称之为饱和，或非线性。

2、存在漏磁通

不像电路一样，导体与空气的电阻率相差很大，可以通过空气绝缘，电流只从导体内流通，而导磁材料与空气的磁导率相差并没有那么大，空气不能“绝磁”，故磁路在空气中会有漏磁。

三、热阻

热阻指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值。单位为开尔文每瓦特（K/W）或摄氏度每瓦特（℃/W）。

热阻Rt=ΔT/P

ΔT——温差，或称之为“温压差”，单位T

P——单位时间内传递的热量，单位W

当热量通过截面积不变的材料交换时，热阻Rt=L/(k×S)，k为热导率

假设ρk为热阻率，则Rt=ρk*L/S，与电阻公式相同。

热阻同样与电阻一样，串并联的计算适用欧姆定律。

四、流阻

流阻就是流动阻力，所有黏性流体在运动时，与产生相对运动的物体间都有动量传递，即产生阻碍流动的反作用力，分为摩擦阻力和压差阻力。

流体在管路系统中的流动可以分为在均匀直管中的流动，产生以表面摩擦为主的沿程阻力；在各种管件像阀门、弯管、设备进出口等中的流动，由于流道变向、截面积变化、流道分叉汇合等 产生以逆压差或涡流为主的局部阻力。

流体流过通道时的压力损失，和风量的平方成比例，该比例称之为流阻。

流阻的实用意义——

电机的冷却需要用流体带走热量，流量大小直接影响冷却效果，流阻的大小直接影响流量的大小。‌只有在进口压力大于流道流阻时，‌才会产生流量，‌且流量随着流道内流阻的减少而上升。

无限长直圆管上的层性流动时的体积流量与管道几何参数及流体物理性质之间的关系用哈根-泊肃叶公式Q=Δp/Rf表示，

Q——流量，m3/s

Δp——压力差（压力损失），Pa

Rf——流阻，Pa.s/m-3

上式形式与欧姆定律类似，压力差对应电压（电势差），流阻对应电阻，流量对应电流。

圆管流阻Rf=8xμxL/(πxR^4)

μ——动力粘度

L——圆管长度

R——圆管半径

电机中的风路是复杂多样的，通常使用下列公式。

Δp =ZxQ^2

Z——流阻，流体中通常用Z表示流阻，而非上式中的Rf

为方便记忆，可认为此公式与电路中的热功率（电能损失）公式P=R×I^2形式是一样的，I为单位时间内流通的电荷量，Q为单位时间内流通的体积量或质量量。

流阻Z=0.5×ξ×ρ/S^2

ξ——局部损耗系数

ρ——流体密度

S——流道截面积（较小流道面积）

流阻自身的计算公式与电阻、磁阻形式上有较大区别，为方便记忆，可认为压差、流阻、流量的关系与电路中的热功率（电能损失）、电阻、电流关系是相同的，并且流路串并联时，等效流阻的计算仍同电阻的欧姆定律一样，串联时总流阻Z=Z1+Z2，并联时1/Z=1/Z1+1/Z2。这为流路计算带来了很大方便。