此提高磁负荷 Bδ 将增大电机的铁损，导致效率降低，温升增高。传统直流电机的设计中，
空载漏磁系数的确定存在较大误差，对于高磁负荷直流电机，空载漏磁系数的误差会由

 

于漏磁的增加而增大，为电机设计带来困难。

    

 

基于上述考虑，合理选取电负荷 A 

 

和磁负荷 Bδ 是设计高功率密度电动机的关键，本

 

文利用专业电磁场有限元软件 Ansoft Maxwell 2D 中的瞬态求解器，对电机的磁场分布进

 

行仿真，并在此基础上计算电机的电气参数。

    

 

有限元仿真分析

    3.1. 

 

建模

    

 

将 CAXA EB 

 

中绘制的 exb 

 

文件转换为 dwg 

 

文件，并导入到 Maxwell 2D 中，气隙中增

加虚拟圆周线，是为了方便定义气隙中的转动部分，同时提高计算精度。对于完整的电机

 

模型，认定定子外径边界处的矢量磁位为 0。由于电机内能量的传递过程主要发生在气隙
中，电机的轴向长度相对于气隙长度大得多，因此端部漏磁相对很小，对电机的性能影

 

响很小，予以忽略。

    网格剖分是有限元求解的基础，离散网格的质量决定有限元计算的精度。为了兼顾仿真
的准确度和计算机的性能，采用手动剖分，对电机不同部分设置不同的网格数量，一般
气隙和定子齿部网格要密一些。
    3.2. 

 

求解

    使用有限元方法计算电机的瞬态磁场，需考虑定转子之间的相对转动。目前对电机定转
子相对运动的处理有多种方法：边界积分法、耦合电源法、预存储剖法、时步法和气隙单元
法，其中时步法最易于计算机程序实现，其实质是以静止的定子部分作为静止参考，以
转动的转子作为旋转坐标系，分别列出求解方程。此处引入虚拟圆周线，尺寸居于定转子
之间，利用虚拟圆周线设置的边界将静止部分与转动部分连接起来，进而得到整个场域

 

的解。

    

 

考虑电机的最高运动速度 n=10000r/min

 

，转子每旋转一个齿距的时间为：

    t = 60/nZ = 166us 

    

 

因此设置求解步长为 5us

 

，将每个转子齿距从时域上分为至少 33 步，完全满足各种工

 

况下的仿真精度需要。

    

 

使用 Maxwell 2D 的二维瞬态求解器，仿真了 0s～0.1s 的负载启动和稳态运行过程，时

 

间步长设为 5us  

。

    3.3 

 

后处理及分析

    3.3.1 

 

磁场分析