摘 要：無刷直流電機因其良好的調速特性、系統(tǒng)魯棒性得到了多個領域的關注，其結構簡單，具有全面且穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，對諸多行業(yè)的發(fā)展具有重要影響。本文首先提出了電機所要達到的基本性能參數，初步確定此外轉子無刷直流電機的結構參數，基于Ansoft Maxwell有限元仿真軟件，對電機性能做了初步分析，并描述了電機結構參數與性能之間的關系。

關鍵詞：無刷直流;外轉子;Ansoft Maxwell

中圖分類號：TM302 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0042-02

無刷直流電機集各種相關科技的發(fā)展成果于一身，克服了電刷和換向器帶來的缺點，保留了良好的機械特性與調節(jié)特性，使之逐漸在各領域嶄露頭角。本文應用Ansoft Maxwell有限元分析軟件設計外轉子無刷直流電機方案，并對其進行有限元分析，得出外轉子無刷直流電機結構參數與電機性能之間的關系。

1 電機主要參數確定

因外轉子電機普遍為分數槽結構，本文選擇電機齒槽數為Z=36，Z/p=12/7，則極對數p=21，極距[τ]隨之確定。電機選用梯形槽結構，齒槽數確定為Z=36，則可以得到電機齒距與電機齒距角，由槽參數可得齒高與槽面積，齒寬也可近似求得[1]。轉子與定子間通過氣隙隔開，確定氣隙長度、磁鋼厚度與機殼厚度，則可求得永磁體內徑、永磁體外徑以及機殼外徑。

2 Ansoft Maxwell有限元

Ansoft Maxwell能從有限元分析角度分析二維和三維電磁場具體情況，通過分析模型的建立與網格劃分，邊界條件與激勵條件的設定，能方便快捷地實現電機模型的仿真計算，在后處理中，也能清晰得出電機性能參數以及各參數之間的關系[2]。

經過上述參數計算，可以應用Ansoft RMxprt對電機參數進行初步校驗。電機性能受電機結構參數的影響巨大。外轉子無刷直流電機中結構參數眾多，永磁體磁化方向長度、氣隙長度、極弧系數等對電機性能的影響都不可忽略。外轉子無刷直流電機永磁體的磁化方向長度對電機氣隙磁密、負載反電動勢的性能影響較大。研究永磁體磁化方向長度對電機各性能的影響，有助于充分利用永磁材料。氣隙長度是電機設計中的一個重要參數，在普通電機設計中一般有經驗公式或者結合生產實際給出氣隙長度，但在永磁電機中，由于永磁體代替轉子繞組后，磁路結構負載、氣隙長度難以準確給出。因此，需要在進一步的優(yōu)化設計中研究電機氣隙長度對其他性能參數的影響，以確定電機氣隙長度的最優(yōu)值[3]。極弧系數是電機電路、磁路中一個重要的參數，特別對于外轉子無刷直流電機，該參數涉及永磁材料的使用，以及反電勢頂部寬度的大小，影響電機換相的性能[4]。轉子無刷直流電機2D建模如圖1所示，有36槽42極。

由圖2和圖3可以看出，所設計電機在局部未達到磁路最優(yōu)，有一定磁路溢出，造成磁通飽和，分析認為定子繞組漏磁通是主要成因;而磁極間的漏磁又造成氣隙磁通局部飽和以及轉子軛部局部磁飽和，在實際制造過程中可減小極弧系數或者加入相應隔磁介[5]。定子相電流如圖4所示。

3 結語

本文基于Ansoft Maxwell有限元分析軟件，結合理論計算，兩者結合驗證了電機機構參數與性能之間的關系，實現了外轉子無刷電機的基礎設計。外轉子無刷直流電機作為永磁電機，在引入永磁后，磁路變得復雜很多，在后面的優(yōu)化設計中，有限元分析可方便查看電機磁場分布，調整電機機械參數，防止電機磁路局部過飽和，減小電機氣隙磁密諧波，提高電機的性能指標。

參考文獻：

[1]韋忠朝，高信邁，孫劍波，等.基于Ansoft外轉子無刷直流電機設計[J].湖北工業(yè)大學學報，2012（1）：58-61.

[2]黃堅，郭中醒.實用電機設計計算手冊[M].上海：上?？茖W技術出版社，2014.

[3]朱慧清.軋鋼輥道用永磁無刷直流電機的有限元分析[D].廣州：華南理工大學，2012.

[4]劉漢華.風機用永磁無刷直流電機的設計與性能分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2015.

[5]高信邁.工業(yè)風機用無刷直流電機設計與驅動控制研究[D].武漢：華中科技大學，2011.