基于MotorSolve設(shè)計混合電動機車的直流電動機

MotorSolve能計算出混合電動機車設(shè)計的精確結(jié)果，并且保持模板化設(shè)計環(huán)境和結(jié)果驅(qū)動求解的簡便性。 無刷直流電機，特別是內(nèi)嵌永磁體類型通常用于混合電動機車的應(yīng)用。

種類：電動機和發(fā)電機-直流
軟件： MotorSolve

這種類型的電機是由凸極轉(zhuǎn)子和磁阻轉(zhuǎn)矩元件組成，所以功率密度高，輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速變化范圍寬。弱磁、恒功率變轉(zhuǎn)速運行非常關(guān)鍵，并且在電動機轉(zhuǎn)速范圍寬的條件下不需要額外的傳動裝置。

弱磁是通過增加超前角來實現(xiàn)的，因為轉(zhuǎn)速增加后，減少了反電勢，所以不會超過電壓源。

MotorSolve能為研究這些復(fù)雜的特性提供有用的分析結(jié)果。MotorSolve的有限元內(nèi)核計算能考慮非線性材料、PWM脈寬調(diào)制驅(qū)動電路，并且能通過簡單的向?qū)Ы⑵饛?fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。

結(jié)果

一個8極48槽的三相內(nèi)嵌磁鋼電動機，盡管外形復(fù)雜，但是使用MotorSolve的幾何模型編輯器，只需要短短幾分鐘，就能建立起來。定子磁極采用強永磁材料釹鐵硼，轉(zhuǎn)子凸極設(shè)計，使得磁阻轉(zhuǎn)矩元件運行于較寬的轉(zhuǎn)速范圍。

內(nèi)嵌磁鋼電機工作于轉(zhuǎn)子鐵軛的飽和區(qū)域，因此需要考慮非線性材料的特性。100A下的磁鏈圖表明轉(zhuǎn)子橋的飽和性，允許設(shè)計者優(yōu)化幾何參數(shù)。

像上圖一樣的繪出一個電機的轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速曲線并非輕而易舉之事，需要每個轉(zhuǎn)速下優(yōu)化超前角來得到。MotorSolve可以快速設(shè)置多種轉(zhuǎn)速和超前角的組合方式，來繪制上述圖形。通過這些曲線的包絡(luò)線，能得到轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速曲線和優(yōu)化的超前角。恒功率變速內(nèi)嵌磁鋼式永磁電機的曲線如上圖所示。

這幅圖中可以提取每個轉(zhuǎn)速下優(yōu)化超前角的峰值轉(zhuǎn)矩。當電機超過恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域（大概875轉(zhuǎn)/分）后，弱磁的優(yōu)勢突顯出來。

內(nèi)嵌磁鋼式永磁電機的調(diào)速范圍寬是由于其具有較高的凸極比（d軸電感與q軸電感之比）。MotorSolve能準確地描述由磁路飽和引起的電感的非線性規(guī)律。上圖表明了Ld 和Lq是電流的函數(shù)。

銅損是電機整體損耗中關(guān)鍵的部分，MotorSolve先進的損耗計算能力能計算出基于元件級的磁滯和渦流損耗。上圖表明轉(zhuǎn)子的磁滯和渦流損耗是轉(zhuǎn)速的函數(shù)（或等價的是頻率的函數(shù)）。渦流趨勢呈現(xiàn)拋物線型，而磁滯損耗與功率曲線規(guī)律相似。