2。2 无刷直流电机的工作原理 8

3 无刷直流电机的设计与有限元法 10

3。1 电机设计 10

3。2 二维电磁场理论基础和有限元分析法 14

4 无刷直流电机的建模与仿真分析 17

4。1 Ansoft  软件介绍 17

4。2 无刷直流电机的建模 17

4。3 基于 RMxprt  模块的计算结果 18

4。4 基于有限元法的计算结果 20

结论 32

致谢 34

参考文献 35

1 引言

与直流电机相比较，顾名思义，无刷直流电机最大改变在于取缔了电刷换向器等装置， 而采用转子位置传感器来实现自同步，这一举措一方面解决了直流电机机械换向产生的问题， 另一方面又保留其优良特性。近几年来，永磁无刷直流电动机技术发展迅猛，具有广大的市 场潜力[1]。

1。1 无刷直流电机发展推广

1。1。1 无刷直流电机的发展概况

1。1。2 无刷直流电机的推广应用

伴随着市场的增长，无刷直流电机的功率覆盖范围从 mW 级别拓展到数十 kW 级别，主 要应用领域有：

(1)应用于外设、办公自动化、数码电子产品。这是无刷直流电机应用数量最多的领域， 如数字打印机、传真机、CD-ROM 和 DVD-ROM 等光驱、摄影机、高保真录音机等。

(2)应用于汽车产业。随着汽车制造行业对节能环保有越来越高的诉求，而无刷直流电机 性能良好，效率较高，结构设计可采用扁平盘式从而以更小的体积获得更高的出力，且无火 花干扰，具有更长的使用寿命，这些都促进了它在汽车行业应用的增长，且渐渐代替了传统 有刷电机。

(3)应用于医疗器械。如牙科电磨电钻、骨锯等手术用高速器具、高速离心机等。国外已 出现用无刷直流电动机制造小型血泵，来驱动人工心脏。

(4)应用于家用电器。无刷直流电机相比于交流感应电动机拥有更宽的转速范围且更加高 效，推动我国变频家用电器由原先的“交流变频”转变为“直流变频”，制造出的变频空调、 变频冰箱、变频洗衣机等更为节能，使用感更佳。

1。2 无刷直流电机技术优势和不足

与采用机械换向的传统有刷直流电机和异步电动机相较之下，无刷直流电机的优点在于：

（1）无刷直流电机实质上仍为交流电机，因为取缔了机械电刷和换向片等装置，所以解 决了火花、磨损等问题和可能产生的故障，电机能运行在高转速的同时保证其安全可靠，有 更长的寿命，且无需经常维护。

（2）采用电子换向来获取类似于直流电机的特性，调速和控制更易实现。

（3）有较高的效率。一方面，稀土电机转子利用永磁体来产生主磁场，无转子铜耗，同 时也减小了定子绕组的励磁电流；另一方面，电机运行时转子与旋转磁场基本保持同步，气 隙磁场不会引起很大的转子铁耗，转子发热和损耗较低，从而具有较高的效率。