14 无刷永磁直流电动机
在用户已经掌握RMxprt基本使用的前提下，我们将一些过程简化，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt的详细介绍请参考第一部分的章节。
14.1 基本原理
无刷直流电机的转子上安装永久磁钢，定子上嵌有多相电枢绕组，其极数与转子相同。定子多相电枢绕组通 过开关电路连接到直流电源上，在气隙中产生旋转磁场。开关电路的导通顺序与转子磁场位置有关，尽可能使定 子磁场与转子磁场正交，其作用与传统直流电机的换向器相同。因此，电枢绕组的电流根据转子磁场的位置进行 换向。转子磁场的位置信号由位置传感器提供。对于无位置传感器系统，转子磁场位置可从电枢绕组的感应电势 中获得。
无刷直流电机的性能分析以时域数学模型为基础，其电压派克方程为
Lq?e0??id??vd??ed??R1?Ldp?v???e????L???R1?Lqp0?de?q??q????iq? ?0R1?L0p??v0????e0????0???i0??式中，R1为电枢绕组电阻，Ld、Lq、L0分别为d轴同步电感、q轴同步电感、0轴电感，ωe是以电弧度表示的转速，p表示
d/dt。
端电压、感应电势、电枢绕组电流的坐标变换方程如下：
?vd??va??v??CT?v?,?q??b????v0???:???ed??ea??e??CT?e?,?q??b????e0???:???ia??id??i??C?i? ?b??q????:???i0??2相、3相、4相系统的变换矩阵分别为C2、C2 、C2，如图所示：
?cos?C2???sin?sin?cos?0? 0??C3??sin??cos??2?cos(???)sin(???)3???cos(??2?)sin(??2?)??sin??cos??sin?cos?0?0?? 0??0?1??2?1? 2?1???2??cos??sin?C4????cos????sin?式中
???23
输入电功率可从电压和电流得到：
1P1??(vdid?vqiq?v0i0)dt
T0T输出机械功率为：
P2?P1?(Pfw?PCua?PFe?Pt)
式中Pfw、PCua、Pt、PFe分别为风摩损耗、电枢铜损、开关损耗、铁心损耗。
输出的机械转矩T为
2
T2?P2?
式中，ω是以机械弧度表示的转速
电机效率为：
??P2?100% P114.2 主要特点
13.2.1 适用于内转子和外转子两类结构
无刷直流电机的永久磁钢安装在转子上，内转子为常见结构。当用于车辆驱动时，则多为外转子结构。RMxprt 能适用于这两类转子结构的无刷直流电机设计。
13.2.2 五种常用转子结构
可适用于常用的五种转子结构。
13.2.3 可适用六种绕组连接和开关电路组合
无刷直流电机的定子为多相绕组，最常用的是两相、三相和四相。绕组联结有 Y、X、△、◇等多种方式。 开关电路一般为桥式或星形。RMxprt 可对六种最常用的绕组和开关电路组合进行设计。
13.2.4 支持电流斩波控制
对于需要进行电流斩波控制的无刷直流电机，RMxprt 可设置斩波电流的上、下限值。
13.2.5 线圈和绕组的排布优化设计
当设计者采用全极式单层绕组时，RMxprt 将自动对绕组按链式或交叉式进行排布，以减少绕组端部长度。
14.2.6 支持任何单、双层绕组设计的绕组编辑器
对于具有交流多相绕组的电机，除常用的链式、叠式、同心式和交叉式单、双层绕组外，RMxprt 提供一种 非常灵活的绕组编辑器，使用户可以根据自己的需要，设计出各种特殊绕组。
在绕组编辑器中，通过改变每个线圈的相属 Phase、 匝数 Turns、 入边槽号 In Slot 和出边槽号 Out Slot，可 排布出任意所需的单、双层绕组分布形式。
14.2.7分析气隙磁场分布
对于均匀气隙和非均匀气隙（磁极偏心），都能通过许克变换求解气隙磁场的分布。
14.3 设计无刷永磁直流电动机
这一节, 我们将演示永磁同步电机设计的一般流程。
点击Start>Programs>Ansoft>Maxwell 12>Maxwell 12从桌面进入Maxwell界面。 从RMxprt主菜单条中点击 File>New 新建一个空白的Maxwell工程文件Project1。
从RMxprt主菜单栏中点击Project>Insert RMxprt Design。在Select Machine Type 会话框中选择Brushless Permanent-Magnet DC Motor，然后点击OK返回RMxprt主窗口。这样就添加一个新的RMxprt设计。
从RMxprt菜单栏中点击File>Save。如果想把项目另存为BLDC_4p1500rpm550W.mxwl ，可从下拉菜单选择Save As然后点击Save返回 RMxprt 主窗口。(参见3.2.6设置默认的项目路径)
分析这个算例，需要做以下几项设置：
1. 设置模型单位(参考章节2.3.2.7设置模型单位)： 2. 配置 RMxprt 材料库 (参考章节3.4.1配置材料库)： 3. 编辑线规库 (参考章节3.3.2 到3.3.6)：
当选择Brushless Permanent-Magnet DC Motor做为电机模型时，必须输入如下几项： 1. General data. （基本性能数据） 2. Stator data. （定子数据） 3. Rotor data. （转子数据） 4. Solution data. （解算数据）
14.3.1 主要性能数据
在项目树中双击Machine图标，显示Properties对话框，如图14.1。
图 14.1主要性能数据
1. Machine Type： 用户当前的电机设计类型，在此为Brushless Permanent-Magnet DC Motor 2. Number of Poles：极数
3. Rotor Position：转子位置。有两个选项：Inner Rotor 和Outer Rotor. 4. Frictional Loss：参考转速下的摩擦损耗 5. Wind Loss：参考转速下的风阻损耗 6. Reference Speed：参考转速
7. Control Type：控制方式(参考7.6指定电路类型)。有2个选项：
1) DC：直流电源 2) CCC：斩波电流控制
8. Circuit Type： 驱动电路形式(参考7.6 指定电路形式)， 三相Y接六状态电路为默认电路形式。
1)点击 Circuit Type 显示Circuit Type会话框。 2)六个可选中选择电路型式：
a. Y3： Y-connected， three-phase 三相Y接 b. L3： Loop-type， three-phase. 三相环式 c. S3： Star-type， three-phase. 三相星式 d. C2： Cross-type， two-phase. 两相交叉式 e. L4： Loop-type， four-phase. 四相环式
f. S4： Star-type， four-phase. 四相星式 3) 点击Circuit Type关闭Circuit Type会话框. 点击OK关闭Properties对话框。
14.3.2 定义驱动电路
在项目树下双击Machine>Circuit，可显示Properties会话框来指定电路参数，如图14.2，然后点击OK来关闭弹出的会话框。
图 14.2 直流电路数据
1. Lead Angle of Trigger： 触发超前角。触发超前角设置为0度可以使导通相绕组获得最大平均感应电压。大于0为超前，小于0为滞后 2. Trigger Pulse Width：触发脉冲宽度（电角度）； 3. Transistor Drop：开关管压降
4. Diode Drop：二极管压降。对于S3和S4型电路，二极管压降为开路相的全电压（额定电压） 5. Maximum Current：对于CCC控制类型的电流上限。 6. Minimum Current：对于CCC控制类型的电流下限。
14.3.3 定子设计
在项目树下双击图标Machine>Stator显示Properties会话框. 在Stator列表中，如图14.3，所示设计定子铁心。
图14.3 定子铁心数据
1. Outer Diameter：定子外径。 2. Inner Diameter：定子内径。 3. Length：定子铁心的轴向长度。
触发角
4. Stacking Factor：定子的迭压系数
5. Steel Type：定子铁心材料类型（参考7.3节设置材料类型） 6. Number of Slot：定子槽数
7. Slot Type：定子槽型（参考7.1.1节槽型）
1) 点击Slot Type显示Select Slot Type对话框。 2) 选择一种槽型（有6种类型可用） 3) 点击OK关闭Select Slot Type对话框。 8. Skew Width：用槽数度量的斜槽宽度 点击OK关闭Properties对话框。
14.3.3.1 设计定子槽型
双击项目树中的Machine>Stator>Slot图标，显示Properties对话框（参考7.1.1节槽型）。 在如图14.4所示的Slot卷标中定义定子槽型的几何数据。 点击OK关闭Properties对话框。
图 14.4 定子槽型
14.3.3.2 定义定子绕组
双击项目树中的Machine>Stator>Winding图标，显示Properties对话框，其中包含两个列表：Winding 和End/Insulation。
14.3.3.2.1设计定子绕组的线径及材料
在如图14.5所示的Winding卷标中定义导线、导体和定子绕组。
图 14.5 槽绝缘数据和绕组类型
1. Winding Layers：绕组层数。从下拉菜单中选择绕组层数（可选1和2）
2. Winding Type：绕组类型（参考7.5.1节的设置交流绕组类型）
1) 点击Winding Type显示WINDING Type对话框。 2) 从以下3种绕组类型中选择一种：
a. Editor
b. Whole Coiled c. Half Coiled
3) 点击OK关闭WINDING Type对话框。 3. Parallel Branches：定子一相绕组的并联支路数
4.Conductors per Slot：每槽导体数，槽中每个线圈的匝数与层数的乘积。输入0，RMxprt会进行自动设计。 5. Coil Pitch：以槽数度量的节距，节距是指一个线圈跨过的槽数目。例如，如果一个线圈起始边在1号槽，终边在6号槽，则节距为5。
6. Number of Strands：每个导体中导线的并绕根数。输入0，RMxprt会自动设计根数。 7. Wire Wrap：漆包线的双边漆皮厚度。输入0后能从导线库中自动获得
8. Wire Size：定子绕组导线的直径（输入0，RMxprt会自动设计）。用户可选择圆导线或扁导线两种型号。当槽型为1到4时，圆形导线可用（参考7.4.1节设置圆导线）。当槽型为5或6时，扁导线可用（参考7.4.2节设置扁导线）。 14.3.3.2.2 定义端部绕组和槽绝缘数据
可参考7.5.3节端部绕组和槽绝缘中的详细介绍。
在如图14.5所示的End/Insulation列表中定义绕组端部和槽绝缘。
图14.5端环绕组和绝缘数据
1. Input Half-turn Length：选择或取消该选项框以指定是否想要键入半匝长度。选中该选项，用户下次打开Properties对话框会出现Half Turn Length。如未被选中，会有End Adjustment替代其位置。
2. Half-turn Length：电枢绕组的半匝长度。当Input Half-turn Length被选中时，其可用。
3.End Adjustment：定子绕组的端部长度调节项，及导线伸出定子的垂直距离。当Input Half-turn Length未被选中时，其可用。
4. Base Inner Radius：底角半径 5. Tip Inner Diameter：线圈外弧半径 6. End Clearance：两临近线圈的间隔 7. Slot Liner：槽绝缘的厚度 8. Wedge Thickness：槽楔的厚度 9. Layer Insulation：层绝缘的厚度
10. Limited Fill Factor：设计槽满率的上限。
点击OK返回RMxprt的主窗口。 14.3.3.2.3 绕组编辑器
用户可以利用绕组编辑器为每个槽定义不同的导体数。为了使用绕组编辑器，用户必须在 Winding Property 中选择Winding Type 为Editor (参考3.5编辑交流绕组)。
14.3.4 设计转子
在项目树中双击 Machine>Rotor图表显示Properties对话框。 在Rotor列表中，定义转子数据
14.3.4.1 定义转子数据
在 Rotor列表中，如图14.7.所示设计转子数据。
图 14.7 转子数据
1. Outer Diameter：转子外径 2. Inner Diameter：转子内径 3. Length：转子铁心长度
4. Steel Type：选择转子材料(参考7.3指定材料类型) 5. Stacking Factor：转子的迭压系数
6. Pole Type 转子铁心磁极类型。点击Pole Type 如图11.8所示，显示Select Pole Type会话框（可选的磁极类型为1到8）点击OK关闭弹出的会话框。
点击OK关闭Properties窗口
14.3.3.2定义转子磁极
在项目树下双击Machine>Rotor>Pole图标显示Properties对话框，在如图14.8所示Pole列表中，定义转子磁极数据
图 14.8 磁极数据
1. Embrace：极弧系数，其值在0到1.之间，磁极类型为4时不可用 2. Shaft Diameter：转子轴径，磁极类型为4时可用
3. Offset：转子中心与极弧中心的距离。磁极类型为1~ 3时可用。对于均匀气隙时为0 4. Bridge：跨两磁极间的连接梁厚度。磁极类型为5时可用 5. Rib：支撑连接梁的筋板宽度。磁极类型为5时可用 6. Magnet Type：指定磁钢类型(参考7.3指定材料属性) 7. Magnet Width：每个磁极的所有永磁体的最大宽度 8. Magnet Thickness：永磁体径向最大厚度
注：根据磁极选择，在Pole列表中的一些单元是不能使用的。
14.3.5 定义转轴数据
定义转轴数据：
1.点击项目树中的Machine>Shaft图标，显示Properties对话框.
2.在如图14.9所示的Shaft列表中，选择或清除Magnetic Shaft选项，以指定转轴是否由磁性材料制成。 3.点击OK关闭Properties对话框
图 14.9转轴数据
14.4永磁直流无刷电机的求解
14.4.1 添加求解方案
在对设计方案进行分析前，先进行几项选择设置：
1. 在项目树下用右键点击Analysis图标，然后右键菜单中点击Add Solution Setup，显示Solution Setup对话框. 2. 在如图14.10的General列表中定义计算方案的数据。
1) Operation Type：无刷永磁直流电动机
2) Load Type：在下拉菜单中选择一种负载类型 (参考7.8.1电机负载类型). 3) Rated Output Power：转轴输出机械功率
4) Rated Voltage：电机线电压有效值，并选择其单位。 5) Rated Speed：额定转速。
6) Operating Temperature：电机运行时的工作温度。工作温度会影响绕线的电阻，因此会影响电阻损耗。
图 14.10 求解设置
14.4.2 求解
1. 点击RMxprt>Validation Check，显示Validation Check的消息框。 2. 如果设置有问题，可以通过窗口中的诊断消息解决。 3. 点击Close关闭Validation Check的消息框。 4. 当设计被确认后，点击RMxprt>Analyze All。
5. 分析过程会在过程Progress窗口中显示，分析信息会在Message Manager窗口中显示。
14.5 无刷永磁直流电动机的设计输出
14.5.1 查看计算结果
点击RMxprt>Results>Solution Data 显示Solutions对话框，其中包含4个列表。看完结果后，点击Close来关闭Solution消息对话框。
14.5.1.1 计算结果
在Solution Data列表中的Data下拉列表关于三相同步电机的8个数据表。 1. Full-Load Operation （满载运行数据）
线电压有效值 Average Input Current 2.93198 A 相电压有效值 RMS Armature Current 2.45045 A 电枢热负荷 Armature Thermal Load 70.9014
电枢线负荷 Specific Electric Loading 14976 A_per_meter 电枢电流密度 Armature Current Density 4.73432 风摩损耗 Frictional and Wind Loss 11.4494 W 铁心损耗 Iron-Core Loss 19.6788 W 电枢铜损 Armature Copper Loss 53.886 W 开关管损耗 Transistor Loss 9.31798 W 二极管损耗 Diode Loss 0.689429 W 总损耗 Total Loss 95.0215 W 输出功率 Output Power 550.014 W 输入功率 Input Power 645.035 W 电机效率 Efficiency 85.2688 额定转速 Rated Speed 1561.28 rpm
额定转矩 Rated Torque 3.36407 NewtonMeter 堵转转矩 Locked-Rotor Torque 32.3416 NewtonMeter 堵转电流 Locked-Rotor Current 47.9454 A 最大输出功率 Maximum Output Power 1368.58 W 2. Material Consumption： （材料使用数据）
电枢铜密度 Armature Copper Density 8900 永磁材料密度 Permanent Magnet Density 7800 电枢铁心密度 Armature Core Steel Density 7650 转子铁心密度 Rotor Core Steel Density 7650 电枢铜重量 Armature Copper Weight 0.986031 kg 永磁材料重量 Permanent Magnet Weight 0.275114 kg
电枢铁心材料重量 Armature Core Steel Weight 2.32481 kg 转子铁心材料重量 Rotor Core Steel Weight 1.41467 kg 总重量 Total Net Weight 5.000631 kg
电枢钢材料重量 Armature Core Steel Consumption 5.32879 kg 转子铁心钢材料重量 Rotor Core Steel Consumption 1.81796 kg 3. No-Load Operation： （空载运行数据）
定子齿磁密 Stator-Teeth Flux Density 1.51449 tesla 定子轭磁密 Stator-Yoke Flux Density： 1.44854 tesla 转子轭磁密 Rotor-Yoke Flux Density 0.725449 tesla 气隙磁密 Air-Gap Flux Density 0.674907 tesla 磁钢磁密 Magnet Flux Density 0.703799 tesla 定子齿安匝数 Stator-Teeth Ampere Turns 30.9837 定子轭安匝数 Stator-Yoke Ampere Turns 27.3693 转子轭安匝数 Rotor-Yoke Ampere Turns 1.28264 气隙安匝数 Air-Gap Ampere Turns 319.947 磁钢磁势 Magnet Ampere Turns –379.563
起动电枢反应安匝数 Start Armature Reactive AT 4611.7 漏磁系数 Leakage-Flux Factor 1
定子轭部磁路长修正系数 Stator-Yoke Correction Factor 0.361084 转子轭部磁路长修正系数 Rotor-Yoke Correction Factor 0.722435 空载转速 No-Load Speed 2000.73 rpm
齿槽转矩 Cogging Torque 9.8683e–013 NewtonMeter 4. Permanent Magnet： （永磁体数据）
剩磁密度 Residual Flux Density 0.96 tesla 矫顽力 Coercive Force 690000 A_per_meter 最大磁能积 Maximum Energy Density 183 相对回复磁导率 Relative Recoil Permeability 1
退磁磁通密度 Demagnetization Flux Density 5.85938e–005 tesla 回复剩磁密度 Recoil Residual Flux Density 0.867073 tesla 回复矫顽力 Recoil Coercive Force 690015 A_per_meter 5. Rotor Data： （转子数据）
最大气隙 Maximum Air Gap 0.5 mm 极弧半径 Pole Arc Radius 37 mm
电极弧系数 Mechanical Pole Embrace 0.7 mm 机械极弧系数 Electrical Pole Embrace 0.699985 mm 6. Stator Slot： （定子槽型数据）
定子槽型 Slot Type 2
hs0 0.5 mm hs1 1 mm hs2 8.2 mm bs0 2.5 mm bs1 5 6 mm bs2 7.6 mm
定子齿上部宽 Top Tooth Width 4.62351 mm 定子齿下部宽 Bottom Tooth Width 4.78125 mm 7. Stator Winding： （定子绕组数据）
每槽导体数 Number of Conductors per Slot 60 并绕根数 Number of Strands 1 导线直径 Wire Diameter 0.8118 mm 导线漆膜厚度 Wire Wrap 0 mm 线圈平均跨距 Average Coil Pitch 5 定子槽满率 Stator Slot Fill Factor 61.4557
线圈平均半匝长 Coil Half-Turn Length 148.645 mm 8. Steady State Parameters： （稳态参数）
定子绕组系数 Stator Winding Factor 0.879653
D-轴电枢反应电感 D-Axis Reactive Inductance Lad 0.0229343 H Q-轴电枢反应电感 Q-Axis Reactive Inductance Laq 0.0229343 H D-轴同步电感 D-Axis Inductance L1+Lad 0.0292339 H Q-轴同步电感 Q-Axis Inductance L1+Laq 0.0292339 H
电枢绕组漏电感 Armature Leakage Inductance L1 0.00629958 H 零序电感 Zero-Sequence Inductance L0 0 H
电枢绕组相电阻 Armature Phase Resistance R1 4.48698 ohm D-轴时间常数 D-Axis Time Constant 0.0051113 s Q-轴时间常数 Q-Axis Time Constant 0.0051113 s 理想转矩常熟KT Ideal Torque Constant KT 1.03547 理想反电势系数KE Ideal Back-EMF Constant KE 1.03547
11.5.1.2设计参数
在Parameter列表中可以看到预定义的参数值。
11.5.1.3设计列表
在Design Sheet列表中有10类信息。
无刷永磁直流电动机设计
文件： Setup1.res
1. GENERAL DATA （主要性能数据） 额定输出功率 Rated Output Power (kW)： 0.55 额定电压 Rated Voltage (V)： 220 额定电压 Number of Poles： 4
给定额定转速 Given Rated Speed (rpm)： 1500 摩擦损耗 Frictional Loss (W)： 11 风阻损耗 Wind Loss (W)： 0
转子类型 Rotor Position： Inner （内部）
负载类型 Type of Load： Constant Power （恒功率） 电路形式 Type of Circuit： C2
电角度单位下的提前导通角 Lead Angle of Trigger in Elec. Degrees： 0
电角度单位下的导通宽度 Trigger Pulse Width in Elec. Degrees： 90 单开关管的导通压降 One-Transistor Voltage Drop (V)： 2 单二极管导通压降 One-Diode Voltage Drop (V)： 2 运行温度 Operating Temperature (C)： 75
CCC的最大电流 Maximum Current for CCC (A)： 0 CCC的最小电流 Minimum Current for CCC (A)： 0 2. STATOR DATA （定子数据） 定子槽数 Number of Stator Slots： 24
定子铁心外径 Outer Diameter of Stator (mm)： 120 定子铁心内径 Inner Diameter of Stator (mm)： 75
定子槽型 Type of Stator Slot： 2 定子槽型尺寸Dimension of Stator Slot
hs0 (mm)： 0.5 hs1 (mm)： 1 hs2 (mm)： 8.2 bs0 (mm)： 2.5 bs1 (mm)： 5.6 bs2 (mm)： 7.6
定子齿上部宽 Top Tooth Width (mm)： 4.62351 定子齿下部宽 Bottom Tooth Width (mm)： 4.78125 斜槽（定子槽距的倍数） Skew Width (Number of Slots) 1
定子铁心长度 Length of Stator Core (mm)： 65 定子铁心叠片系数 Stacking Factor of Stator Core： 0.95 定子硅钢片牌号 Type of Steel： M19_24G 槽绝缘厚度 Slot Insulation Thickness (mm)： 0.3 端部调整长度 End Length Adjustment (mm)： 0 并联支路数 Number of Parallel Branches： 1 每槽导体数 Number of Conductors per Slot： 60 绕组类型 Type of Coils： 21 线圈平均跨距 Average Coil Pitch： 5 并绕根数 Number of Wires per Conductor： 1 导线直径 Wire Diameter (mm)： 0.8118
导线漆膜厚度 （双边） Wire Wrap Thickness (mm)： 0 限制定子槽满率 Limited Slot Fill Factor (%)： 75 定子槽满率 Stator Slot Fill Factor (%)： 61.4557 线圈平均半匝长Coil Half-Turn Length (mm)： 148.645 3. ROTOR DATA （转子数据）
最小气隙 Minimum Air Gap (mm)： 0.5 转子内径 Inner Diameter (mm)： 26 转子长度 Length of Rotor (mm)： 65
转子叠片系数S Stacking Factor of Iron Core： 0.95
转子硅钢片牌号 Type of Steel： M19_24G 极弧半径 Polar Arc Radius (mm)： 37 机械极弧系数 Mechanical Pole Embrace： 0.7 电极弧系数 Electrical Pole Embrace： 0.699985 最大磁钢厚度 Max. Thickness of Magnet (mm)： 3.5 磁钢宽度 Width of Magnet (mm)： 38.6649 磁钢材料 Type of Magnet： XG196/96 转子型式Type of Rotor： 1
4. PERMANENT MAGNET DATA （永磁体数据） 剩磁密度 Residual Flux Density (Tesla)： 0.96 矫顽力Coercive Force (kA/m)： 690
最大磁能积 Maximum Energy Density (kJ/m^3)： 183 相对回复磁导率 Relative Recoil Permeability： 1
退磁磁通密度 Demagnetized Flux Density (Tesla)： 5.85938e–005 回复剩磁密度 Recoil Residual Flux Density (Tesla)： 0.867073 回复矫顽力Recoil Coercive Force (kA/m)： 690.015 5. MATERIAL CONSUMPTION （材料使用数据） 电枢铜密度 Armature Copper Density (kg/m^3)： 8900 永磁材料密度 Permanent Magnet Density (kg/m^3)： 7800 电枢铁心密度 Armature Core Steel Density (kg/m^3)： 7650 转子铁心密度 Rotor Core Steel Density (kg/m^3)： 7650
电枢铜重量 Armature Copper Weight (kg)： 0.986031 永磁材料重量 Permanent Magnet Weight (kg)： 0.275114 电枢铁心材料重量 Armature Core Steel Weight (kg)： 2.32481 转子铁心材料重量 Rotor Core Steel Weight (kg)： 1.41467 总重量 Total Net Weight (kg)： 5.00063
电枢铁心材料消耗 Armature Core Steel Consumption (kg)： 5.32879 转子铁心材料消耗 Rotor Core Steel Consumption (kg)： 1.81796 6. STEADY STATE PARAMETERS （稳态参数） 定子绕组系数 Stator Winding Factor： 0.879653
D-轴电枢反应电抗 D-Axis Reactive Inductance Lad (H)： 0.0229343 Q-轴电枢反应电抗 Q-Axis Reactive Inductance Laq (H)： 0.0229343 D-轴同步电抗 D-Axis Inductance L1+Lad(H)： 0.0292339 Q-轴同步电抗 Q-Axis Inductance L1+Laq(H)： 0.0292339
电枢绕组漏电抗 Armature Leakage Inductance L1 (H)： 0.00629958 零序电抗 Zero-Sequence Inductance L0 (H)： 0
电枢绕组相电阻Armature Phase Resistance R1 (ohm)： 4.48698 D-轴时间常数 D-Axis Time Constant (s)： 0.0051113 Q-轴时间常数 Q-Axis Time Constant (s)： 0.0051113
理想转矩常数KT Ideal Torque Constant KT (Nm/A)： 1.03547
理想反电势常数KE Ideal Back-EMF Constant KE (Vs/rad)： 1.03547 启动转矩常数KT Start Torque Constant KT (Nm/A)： 0.67601 启动反电势常熟KE Start Back-EMF Constant KE (Vs/rad)： 0.67601 7. NO-LOAD MAGNETIC DATA （空载磁路数据） 定子齿磁密 Stator-Teeth Flux Density (Tesla)： 1.51449 定子轭磁密 Stator-Yoke Flux Density (Tesla)： 1.44854 转子轭磁密 Rotor-Yoke Flux Density (Tesla)： 0.725449 气隙磁密 Air-Gap Flux Density (Tesla)： 0.674907 磁钢磁密 Magnet Flux Density (Tesla)： 0.730799
定子齿旁路系数 Stator-Teeth By-Pass Factor： 0.00375921 定子轭旁路系数 Stator-Yoke By-Pass Factor： 8.67657e–005 转子轭旁路系数 Rotor-Yoke By-Pass Factor： 8.87312e–006
定子齿安匝 Stator-Teeth Ampere Turns (A.T)： 30.9837 定子轭安匝 Stator-Yoke Ampere Turns (A.T)： 27.3693 转子轭安匝 Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T)： 1.28264 气隙安匝 Air-Gap Ampere Turns (A.T)： 319.947 磁钢磁势 Magnet Ampere Turns (A.T)： –379.563
启动时电枢反应的安匝数 Armature Reactive Ampere Turns at Start Operation (A.T)： 4611.7 漏磁系数 Leakage-Flux Factor： 1
定子轭部磁路长修正系数 Correction Factor for Magnetic Circuit Length of Stator Yoke： 0.361084 转子轭部磁路长修正系数 Correction Factor for Magnetic Circuit Length of Rotor Yoke： 0.722435
空载转速 No-Load Speed (rpm)： 2000.73 齿槽转矩 Cogging Torque (N.m)： 9.8683e–013 8. FULL-LOAD DATA （满载数据）
平均输入电流 Average Input Current (A)： 2.93198
电枢电流均方根 Root-Mean-Square Armature Current (A)： 2.45045 电枢热负荷 Armature Thermal Load (A^2/mm^3)： 70.9014 电枢线负荷 Specific Electric Loading (A/mm)： 14.976 电枢电流密度 Armature Current Density (A/mm^2)： 4.73432 风摩损耗 Frictional and Wind Loss (W)： 11.4494 铁心损耗 Iron-Core Loss (W)： 19.6788 电枢铜损 Armature Copper Loss (W)： 53.886 开关管损耗 Transistor Loss (W)： 9.31798 二极管损耗 Diode Loss (W)： 0.689429 总损耗 Total Loss (W)： 95.0215 输出功率 Output Power (W)： 550.014 输入功率Input Power (W)： 645.035 效率 Efficiency (%)： 85.2688
额定转速 Rated Speed (rpm)： 1561.28 额定转矩 Rated Torque (N.m)： 3.36407
堵转转矩 Locked-Rotor Torque (N.m)： 32.3416 堵转电流 Locked-Rotor Current (A)： 47.9454 9. WINDING ARRANGEMENT （绕组排布）
The 2-phase， 2-layer winding can be arranged in 6 slots as below： 两相双层6槽定子绕组可排布如下： AAABBB
每槽电角度 Angle per slot (elec. degrees)： 30
A 相绕组对称轴线电角度 Phase-A axis (elec. degrees)： 105 第一槽中心线的电角度 First slot center (elec. degrees)： 0
10. TRANSIENT FEA INPUT DATA （瞬态有限元分析时需用到的数据） 对每相电枢绕组 For Armature Winding：
串联总匝数 Number of Turns： 360 并联支路数 Parallel Branches： 1
相电阻 Terminal Resistance (ohm)： 4.48698
端部漏电抗 End Leakage Inductance (H)： 0.00169372 二维分析需用的等效数据 2D Equivalent Value：
等效气隙长度 Equivalent Model Depth (mm)： 65
等效定子叠压系数 Equivalent Stator Stacking Factor： 0.95 等效转子叠压系数 Equivalent Rotor Stacking Factor： 0.95 等效剩磁密度 Equivalent Br (Tesla)： 0.867073 等效矫顽力 Equivalent Hc (kA/m)： 690.015
转动惯量估计值 Estimated Rotor Moment of Inertia (kg m^2)： 0.00149257
14.5.1.4性能曲线
Name下拉菜单的Curve列表中共有10种曲线，如图13.14所示。
a. 输入直流电流和转速
b. 效率和转速
c. 气隙转矩与直流电流的比值和转速的关系
e. 输出转矩和转速
g. 额定转速下单个线圈的转速
i. 额定转速下绕组的反电势
d. 输出功率和转速
f. 齿槽转矩
h. 气隙磁密分布
j. 负载电流
k. 负载相电压
图 14.11 性能曲线
14.5.2 创建报告
1. 从菜单栏中点击RMxprt>Results>Create Report以显示Create Report对话框。
2. 在Display Type下拉菜单中选择Rectangle Plot，结果以二维的矩形x-y图表的形式显示。 3. 点击OK, 出现如图14.12所示的Traces对话框。
4. 在Y轴列表中，从参量Quantity队列中选择要增加的曲线，点击Add Trace按键逐个增加曲线。 5.点击底部的Done按键关闭Traces对话框。
6.双击Results>XY Plot1图标，在一个新的图形窗口中出现多条曲线，如图14.13所示。
图 14.12 添加3条轨迹
Ansoft Corporation600.00XY Plot 1RMxprtDesign1Curve InfoCoggingTorqueSetup1 : PerformanceSourceCurrentSetup1 : Performance0.75OneTurnVoltageSetup1 : Performance1.006.00400.004.000.50200.002.00OneTurnVoltage [mV]0.25CoggingTorque [NewtonMeter] 0.000.000.00-0.25-200.00-2.00-0.50-400.00-0.75-4.00-600.00 0.00125.00250.00ElectricalDegree [deg]-1.00375.00-6.00SourceCurrent [A]
图14.13三轨迹曲线图
14 Maxwell - RMxprt无刷永磁直流电动机
