在高转矩无刷直流电机中，磁滞和涡流损耗看作电气负载、驱动类型和护铁深度的函数，举例说明如下。

种类:电动机和发电机——交流/优化设计/电气
软件: MotorSolve

高转矩无刷直流电动机一般需要提供大功率，并且工作时转速低、频率为同步频率、极数多、齿槽多等。一旦给定了功率需求，则评判设计好坏的一个重要原则就是损耗最低。铁耗一般由工作环境确定，通常是总体损耗的重要部分。铁耗与设计参数（电气和几何参数）的定性或定量关系对电机设计者非常有用。甚至减小损耗的一点点小的改进都能起到节能的作用，并且只能利用有限元来预测。

这个实例中，使用Infolytica公司的模板化电机设计软件MotorSolve，计算了高转矩无刷直流电动机带负载时的铁耗趋势、驱动类型（正弦和六阶梯波驱动）和转子护铁深度。该实例阐述了基于有限元的分析过程，以便协助电机工程师设置该类型电机的负载。

电机参数

本例建立一个无刷直流电动机：径向充磁，表面贴装式，每极两个永磁体，外转子。磁极数66，定子72齿。工作转速为150转/分。定、转子材料为M-19 29 Ga钢。上图显示了用自动绕组生成器生成的A相对称绕组视图。

饱和

仿真出了5安匝（左图）和500安匝（右图）两种不同负载时的电动机磁密，下图为M 19- 29 Ga钢的B-H曲线。由磁密分布可以清晰地看出，电机部分区域出现饱和，因此有限元方法对确定该参数下的电机电气参数和带载特性绝对重要（对其它设计参数也同样）。这也意味着，准确的损耗计算也需要基于有限元的仿真工具。

铁耗分离和磁场

MotorSolve是一款有限元和集总参数设计法混合的电机设计软件。这一节主要介绍MotorSolve的铁耗和性能分析。

损耗计算基于斯坦梅茨方程，使用爱泼斯坦方圈数据。MotorSolve使用曲线拟合技术确定斯坦梅茨方程的损耗系数，使用瞬态有限元求解器、模型求解区域的磁密变化、谐波分解来计算和分离磁滞和涡流损耗。本例中平均磁滞损耗如下图所示。损耗单位为。

涡流损耗如下图所示。

下图显示了正弦波（原型设计1）和六阶梯波（原型设计2）驱动下的铁耗对比。

一些后处理结果可以用于分析该电机的转子损耗特性，如下所述。

铁耗趋势

这部分中，转子磁滞和涡流损耗是负载、驱动方式、护铁深度的函数。首先，在正弦波和六阶梯波驱动方式下转子涡流损耗与负载的二维曲线如下图所示。

转子磁滞损耗与负载的二维曲线如下图所示。

定子磁滞损耗与负载的二维曲线如下图所示。

定子涡流损耗与负载的二维曲线如下图所示。

下图为转子外径、护铁深度改变而其它参数不变时，转子铁耗的变化。图示为900安匝负载（相对电机饱和状态）正弦波驱动。

 

这些数据的一个直接应用是：设计者可以精确地计算电机的效率随电气和几何参数的变化。另外，这些损耗趋势的另一个简单的应用是：损耗曲线的导数是转子负载的函数。首先，转子涡流损耗的导数如下图所示。

下图为磁滞损耗的导数。该曲线允许设计者选择一个合适的负载参数范围，以便电动机工作于这一负载变化范围时，轻松地计算出对应的涡流损耗。由涡流损耗曲线数据显示，该电机在两种驱动类型下的负载变化范围可以近似为700~1200安匝。

结论

使用MotorSolve，计算了基于元件级的一个高转矩无刷直流电动机的磁滞和涡流损耗（铁耗趋势）。计算该趋势是电机设计算法的积分过程。下图显示了使用MotorSolve，基于有限元计算铁耗趋势，需要的输入量小，计算简便。MotorSolve自动地优化网格设置和所有和有限元计算相关的方面，并且生成最优速度下的计算结果。

一个简单的应用范围是：使用损耗趋势来确定电机处于饱和状态时负载的选择范围。