1。4。2 章节安排

第一章是引言部分，阐述了永磁无刷直流电机近几年国内外发展概况、技术优势，简单 介绍了电机设计方法。

第二章介绍了电机的结构组成和工作原理，为全文建立理论基础。 第三章详细介绍电机设计一般流程并形成一款 24V，30W 电动机设计方案，使用 Ansoft

软件建模，得到基本参数和工作特性图，验证电机设计的科学性。然后介绍二维电磁场基本 理论和有限元法。

第四章利用 Ansoft 软件进行二维有限元分析，计算出电机空载时的气隙磁密分布、主磁 通、漏磁通、反电动势和负载时的气隙磁场分布、电感、效率等性能特性并分析其结果。

2 无刷直流电机的基本原理

2。1 无刷直流电机的结构

如图 2。1 所示，无刷直流电机的主要组成部分是电动机和电子驱动器。电动机的主要结 构和经典交流同步电机类似，由安有多相绕组的定子和镶有永磁体的转子组成，另出于原理 上的不同，需安装转子位置传感器。转子位置传感器负责检测定转子相对位置，决定每一时 刻相绕组的通断，即决定电子驱动部分功率开关器件的通断，从而控制电动机对应相绕组的 通电状态[11]。

图 2。1 永磁无刷直流电机基本结构

2。1。1 无刷直流电动机本体结构

无刷直流电动机互换了常规直流电机的定转子两部分，其转子上镶有永磁，在定转子之 间气隙中产生主磁场；定子为电枢，是电机中实现机械能和电能相互转化的关键部件。

（1）定子结构。电动机定子主要由铁心、电枢绕组和机座这几部分组成。定子铁心一般 由硅钢片叠压制成，可有效减少定子铁损，定子槽内放置电枢绕组，绕组接电源通过电流后 产生的磁场与永磁体主磁场相互作用，由此产生的电磁转矩带动转子旋转使电机运行。图 2。2 是常见的几种定子结构形式。文献综述

图 2。2(a)是分数槽定子结构，它的定义为电机每极每相槽数 q 为分数。目前电机定子应用 分数槽结构较多，图示中转子极数比定子槽数为 2/3 的结构则为使用最广泛的一种，它的特 点是每相绕组的正向线圈和反向线圈分别只安置在一个定子齿上，同时平均一对磁极下分有

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三个定子齿。这样设计使得每个线圈相对独立地产生磁场，减小了绕组间的互感，且绕组端 部较小的尺寸能够提高绕组利用率，而相对的则是永磁体产生磁场不能全部与电枢绕组磁场 耦合，降低了其利用率。

图 2。2(b)为无齿槽结构，该结构取消了定子齿槽设计，直接将电枢绕组均匀分布在定子 铁芯的内表面，所以采用该设计的电机不会产生齿槽转矩，具有稳定的转速且震动和噪声都 比较小[14]。但绕组分布区域大且导热性能远逊于铁芯，所以电机内部散热较差。

图 2。2(c)为整数槽结构，对应于分数槽，即 q 为整数。采用得较多的是单层同心绕组和双 层叠绕组。

图 2。2 定子结构形式

（2）转子结构。电动机转子由永磁体镶嵌在铁心表面或嵌入铁心内部构成。如图 2。3(a) 所示永磁体镶于表面的称为表面式，与气隙直接接触，便于安装和加工，制造成本降低，且 电枢反应磁场较弱，对电动机运行有利；如图 2。3(b)所示永磁体嵌入铁芯内部的称为内置式， 因为永磁体较好地保护在转子铁芯内部，一方面能够防止电枢反应的退磁和机械应力的影响， 还具有将永磁体产生的磁通聚拢的效果（即“聚磁”），从而增大了气隙磁密，另一方面，这 种设计的电机重量和体积更小一点，但此结构较强的电枢反应会使气隙磁场畸变，且工艺比 表面式复杂且漏磁大，为了增大气隙磁密可置入较多的永磁体[8,18]。