（4）减小了体积，降低了重量，从而节省了材料成本。有数据表明，无刷直流电机体积 比传统有刷直流电机减少了百分之四十左右。

（5）简化结构，动态性能好。与此同时，无刷直流电机也有一些缺点：

（1）无刷直流电机增加了电子控制部分，制作技术更复杂，成本提高。

（2）需要安装传感器来反馈转子位置信息，增大了结构复杂程度和成本。

（3）存在齿槽转矩和换向转矩波动等不利因素，使电机在低速度波纹系统和高性能伺服 系统中的应用受到限制。

（4）永磁材料有工作温度限制，使电机不适用于高温工作环境。 需要说明的是，随着自身及微电子技术等相关技术的进步，无刷直流电机的不足之处已

在改善之中。例如近年采用新技术，提出很多抑制转矩波动的方案，且随着永磁材料及半导 体电子器件成本的降低，成本已不再是问题，无刷直流电机的应用越来越广泛。

1。3 无刷直流电机设计方法论文网

目前永磁无刷直流电机主要有电机设计，驱动控制，性能仿真和参数优化四个研究方向。 驱动及控制方面一直采用经典 PID 控制，并正在向智能控制阶段进步[19]。性能仿真和参数优 化即利用一些电机仿真软件对电机内部瞬态过程进行分析，利用得到的图形曲线对电机参数 改进，从而设计出性能更优良的电机。本文主要是针对电机的设计展开讨论，常用的电机设 计方法主要有等效磁路法、有限元分析法和场路结合法这三种。

磁路法是最传统最常用的一种设计方法。它的原理是将电机内部复杂的三维磁场假想成 相应的磁路结构，其中每一小段磁路的截面积和材料都相同，磁通沿着磁路的走向和截面有 平均的分布，这样就把研究内容由磁场简化成了磁路[24]。由于简化过程中磁路法使用了很多 根据设计者长期经验取出的修正系数，因此如果初步设计出的电机不能达到要求，就必须重 新返回选取修正系数进行电机再次设计。

上述磁路法适用于设计电机的初步方案，为了计算出更高精度的结果，则需要使用有限 元法来对电机内部的电枢反应、转矩波动等电磁场细节问题进行研究分析，例如磁极形状大 小对气隙磁场的影响、转子永磁体局部退磁等问题。有限元法的原理为将连续系统离散成数 量有限的子系统，将复杂的磁场问题转化得更便于数学求解。常用软件有 ANSYS、ANSOFT、 ADINA、ABAQUS、MSC 等，本文使用的仿真软件是 Ansoft Maxwell，它是目前应用最广的 一种[22]。Ansoft 基于 Maxwell 方程，利用有限元分析法将电磁场运算离散为庞大的矩阵计算， 为电机设计和优化提供了准确可靠的数据，随着现代计算机性能不断提高，Ansoft 软件已广 泛应用于各行各业，为科学研究和工业生产作出了巨大贡献。

场路结合法就是将传统的磁路法与有限元分析法相结合，基本流程是以磁路法的初步计 算结果为基础建立电机几何模型，再利用软件进行进一步磁场有限元分析，得到更为精确的参数计算结果并再一次应用到磁路法中，从而不断改进电机设计方案。场路结合法不仅具有 较高的计算精度，而且也提高了计算速度，在电机设计中具有较大的实用意义。

1。4 主要工作及章节安排

1。4。1 论文主要工作

本文首先了解无刷直流电动机的结构组成和运行思路，介绍了电机设计的基本方法及流 程，初步形成了一台 30W，24V 电动机设计方案，并使用 Ansoft Maxwell 建模，然后对电机 进行二维有限元分析，计算出电机空载以及负载时的气隙磁密分布、反电动势、电枢电流、 电磁转矩等并分析。