14Maxwell_RMxprt无刷永磁直流电动机.docx

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

式中，R,为电枢绕组电阻，LL、L。分别为d轴同步电感、q轴同步电感、0轴电感，w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：

2相、3相、4相系统的变换矩阵分别为C?、C?、C?,如图所示：

式中

输入电功率可从电压和电流得到：

输出机械功率为：

P?=P-(P+P+P+P)

式中Pm、PcuaP、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

式中，o是以机械弧度表示的转速电机效率为：

14.2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InSlot和出边槽号OutSlot,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StartProgramsAnsoftMaxwell12Maxwell12从桌面进入Maxwell界面。

从RMxprt主菜单条中点击FileNew新建一个空白的Maxwell工程文件Project1。

从RMxprt主菜单栏中点击ProjectInsertRMxprtDesign。在SelectMachineType会话框中选择BrushlessPermanent-MagnetDCMotor,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FileSave。如果想把项目另存为BLDC_4p1500rpm550W.mxwl,可从下拉菜单选择SaveAs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BrushlessPermanent-MagnetDCMotor做为电机模型时，必须输入如下几项：

1.Generaldata.(基本性能数据)

2.Statordata.(定子数据)

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