小功率永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究
摘要
永磁无刷直流电动机是把电机、电子和稀土材料的高新技术产品发展紧密的结合在一起的新型电机，它具有单位体积转矩高、重量轻、转矩惯量小、控制简单、能耗少和调速性能好等优点，因而在航天航空、数控机床、机器人、汽车、计算机外围设备、军事等领域及家用电器等方面都获得了广泛的应用。因此，设计性能优异的永磁无刷直流电机具有重要的理论意义和应用价值。本论文系统的研究了35w小功率永磁无刷直流电机的本体设计，包括设计方法、有限元分析、性能计算、软件仿真等。本文主要的研究内容如下：1、综述了永磁无刷直流电机的研究现状、存在问题和发展前景，分析了永磁无刷直流电机的基本理论。2、建立永磁无刷直流电机的数学模型，先利用解析法对该电机进行电磁设计，然后利用有限元法对电机进行优化。3、基于星形连接三相三状态的控制电路，利用I
folytic公司的MagNet电磁场分析软件建立了永磁无刷直流电机的有限元分析模型，仿真分析其静态气隙磁场分布及动态带负载时的电机特性。并将软件仿真所得结果与设计计算结果进行比较分析，验证了设计方法的正确性。关键词：电机设计，无刷直流电动机，有限元分析，稳态特性
f第一章绪论1．1永磁无刷直流电动机的发展状况
永磁无刷直流电动机是一种新型的电动机，其应用广泛，相关技术仍然在不断的发展中，该类电动机的发展充分体现了现代电动机理论、电力电子技术和永磁材料的发展过程。其中，永磁材料、大功率开关器件、高性能微处理器等的快速发展对永磁无刷直流电动机的进步功不可没。
1821年9月，法拉第建立的世界上第一台电机就是永磁电机，自此奠定了现代电机的基本理论基础。十九世纪四十年代，人们研制成功了第一台直流电动机。1873年，有刷直流电动机正式投入商业应用。从此以后，有刷直流电动机就以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，占据了极其重要的地位。随着生产的发展和应用领域的扩大，对直流电动机的要求也越来越高。但遗憾的是，由于传统的直流电动机均采用电刷，以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，产生了噪声、火花和无线电干扰，寿命短，并且经常需要维护等缺点。针对直流电动机上述的弊病，在1917年，Boliger提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了永磁无刷直流电机的基本思想。但是，由于当时大功率电子器件仅处于初级发展阶段，未能找到理想的电子换向器件，使得这种电动机只能停r