实验
改变实际模型联锁:请先释放转轴锁定,才能手动定位转子。锁定是施加在转轴上的一个理想约束。
手动定位会暂停运行并使驱动断电。禁用 A 相只会关闭其门极,而非其体二极管。
恢复为静止、已通电的电机,并采用默认驱动设置;释放锁定与故障,清空迹线并开始新的运行。
物理检查
测试运行在独立的模型实例上,不会改变您的实验。
这些一致性测试检验的是实现本身,并不能证明该模型与某款量产电机或非线性电磁求解器相符。
模型、方程与局限
几何结构与接线
内置永磁转子拥有四块沿径向充磁的弧形磁体:在气隙处呈 N–S–N–S 排列。六个相互绝缘的定子齿承载集中式铜绕组,每齿渲染 36 匝。相对的齿构成每相两个串联线圈,三相回路在一个悬浮星形点汇合。A1/B1/C1 分别位于机械角 0°/60°/120°;A2/B2/C2 分别位于 180°/240°/300°。三个霍尔传感器位于机械角 30°/90°/150°处,形成 120° 电角度的间隔。
电气驱动
霍尔码选定一个高侧 PWM 桥臂、一个低侧回流桥臂与一个不驱动的桥臂。基尔霍夫定律决定绕组电流与悬浮星形点电压。换相时并不会舍弃电感效应:未被驱动相的电流会持续经由相应的体二极管流动,直至降为零。制动会通过低侧开关将所有相短接。
磁场
一个守恒的 193 × 193 有限体积离散化方案,求解有效叠片区域的磁矢量磁位。内嵌基底包括三个绕组电流磁场,以及旋转剩磁的五个奇次空间谐波。每相磁链均使用与激励磁场相同的绕组泛函提取;其导数同时给出反电动势与转矩,从而保持 Σe·i = τ·ω 恒成立。等值线描绘的是 B 磁场,且该磁场在断电后不会消失。
v − v_Y = R i + L di/dt + ei_A + i_B + i_C = 0e_k = ω ∂λ_PM,k / ∂θτ_e = Σ i_k ∂λ_PM,k / ∂θJ dω/dt = τ_e − τ_load − bω − τ_friction
正确解读叠加图层
红色 = 北极;蓝色 = 南极。转子标签指的是每块磁体朝外一面的磁极;其隐藏的内侧面为相反磁极。定子磁极色调跟随气隙面法向的总磁场,因此即便某个齿未通电,也可能被转子磁化。
琥珀色/薄荷绿/紫罗兰色 = A/B/C 相。移动的箭头表示惯用电流方向,而非电子流动方向。其移动速度仅为示意;方向与可见性则遵循求解得到的带符号电流。⊙ 表示电流指向您,⊗ 表示电流远离您。
磁场是一个二维的叠片中段解,在三维视图中被抬升至前方,以便其经铁芯的回磁通路径保持可见。这并非三维端部边缘效应解。等值线间距代表每张快照中单位轴向长度上相等的磁通量;等值线比例经过调整以便于阅读。
适用范围与局限
这是一个物理耦合的教学参考模型,并非经过验证的电机设计软件。钢材采用固定 μr = 600;饱和、磁滞、涡流损耗、温度、磁体退磁、凸极效应/齿槽转矩与端部漏磁均未纳入模型。有限的外边界与笛卡尔离散化会引入磁场误差,环形磁导率模型也会对磁体之间的窄缝进行平滑处理。
PWM 采用电压平均模型,并在约 6 A 处引入随电流变化的占空比回退。开关纹波、死区时间、MOSFET 损耗与寄生走线电感均未被解析。体二极管为理想元件。直流母线是一个刚性的双向电源,可吸收再生能量。磁场图中的特斯拉数值为模型估算,并非实测数据。
X 光与分解视图只改变呈现方式。慢动作会以同一个缩放时钟推进每一个物理变量。转轴转速读数始终报告真实的物理 rpm 值。
主要技术参考文献:半导体厂商关于采用霍尔效应传感器的 BLDC 电机梯形波控制与带传感器六步换相的应用笔记;关于永磁体磁源公式与边界条件的有限元磁场分析文献。