節能減排、高效環保已成為當前國內外共同的主題。電機作為用電器或者各種機械的動力源，其應用領域已經無處不在，故電機的節能節電具有結構簡單，數據轉矩大，調速范圍寬、效率高、噪音低、可靠性高、使用壽命長、無滑動接觸和換相火花等優點，已日益發展為集特種電機、微處理器、控制軟件體的機電一體化高科技產品。三相永磁無刷直流電動機控制電路和生產工藝簡單，可靠性好以及噪音低，在航空、航天、家用電器、醫療等行業的風機中獲得廣泛應用

  近年來，隨著三相永磁無刷直流電機應用的電壓計功率范圍的擴大，在交流供電的風機中應用已經越來越受到人民的關注，為了滿足風機的新需求，對三相永磁無刷直流電機的尺寸、齒糟轉矩、電磁噪音、運行性等提出了新的要求。因此，合理的點擊設計對較高的電壓或者較大功率的三相永磁無刷直流電機有著重要的意義,在航空、航天、家用電器、醫療等行業的風機中獲得廣泛應用

本文以設計的一款10000r/min、300W、4極的三相永磁無刷直流電機為實例，利用Maxwell 2D 建立了這款電機的二維有限公司元仿真模型，給出電機的反電勢、氣隙磁密喝電磁場的分布情況，分析齒槽轉矩、輸出轉矩，計算空載永磁體磁場諧波等，并在詞寄出上試制了樣機，完成了有關性能的測試，驗證了電磁設計和仿真分析的正確性，為采用三相永磁無刷直流電機進行了節能節電的分析與設計提供一些有意義的參考

1. 三相永磁無刷直流電機的電磁設計

1.1主要技術參數

1.2電機的主要尺寸確定

電動機的主要尺寸和計算功率、轉速、電磁負荷有光

其中，Di為定子內徑，L為鐵芯長度nN為額定轉速，ai為極弧系數，取0.7~0.8；P為計算功率，取P=(1.1~1.2)ＸPn;K 為氣隙磁場的波形系數，為正弦分布時Kφ=1.11;KW為基波繞組 系數，本電磁方案用集中繞組

1.3電機永磁材料的選取

永磁體材質的性能在一定的程度上決定著電機的尺寸和性能，目前，永磁無刷電機的應用上的磁性材質主要是鐵氧體和釹鐵硼

（1）    鐵氧體的矯頑力溫度系數為0.27%/K,在允許范圍溫度越高，矯頑里越高；釹鐵硼矯頑力溫度系數-（0.4~0.7）%/K，通常最高工作溫度為150℃，溫度 穩定性能比鐵氧體差

（2）    釹鐵硼是目前磁性能最強的用詞材料，其最大的磁能積為鐵氧體永磁材質的5~12倍。因此，在相同的尺寸下能提供更大的氣隙磁通和輸出轉矩。但是目前釹鐵硼價格遠遠高于鐵氧鐵，同等重量下的釹鐵硼價格是鐵氧體價格的6~7陪

（3）    對三相永磁無刷直流電機，通過增加磁鐵的厚度和供磁面積，可以有效增加氣隙磁通。鐵氧鐵磁負荷教低，以至電機的齒槽轉矩和輸出轉矩波動也較小，能減少噪音。

綜合技術要求和材質，本設計選擇釹鐵硼作為磁性材料

1.4永磁體厚度的選取

式中：Ks為外磁路的飽和系數；Kδ為氣隙系數；Bδ為氣隙磁密； δ為平均氣隙長度；μo為真空磁導率；Hc為內稟矯玩力。

永磁體厚度需綜合電力性能與成本，按需要的氣隙磁通密度通過磁路計算來選擇。磁鋼外徑≈0.024~0.072時，內轉子結構的永磁體內徑/外徑=0.85~0.9之間最佳

1.5電樞沖片的設計

1.5.1電樞槽書的確定

在永磁無刷直流電機中，采用較多的槽數可減少線圈匝數，也有利于換向，但槽絕緣增加，槽利用率降低，可能造成根部過窄。槽數Q通常按以下經驗公司確定，其中Dα為電樞直徑：

1.5.2電樞的結構

電機的長徑比的選擇對電機的性能和經濟性有很大的影響。主要因素包括參數、溫升、轉動慣量、耗銅量和轉子機械強度等

短軸長徑的電樞結構，比細長性的結構電動機更容易下線，有利于提供生產效率。同時 ，轉子的轉動慣量較大，能避免因電機的轉矩強迫振蕩頻率與電機的固有頻率接近而產生共振，還可以限制負載時功率震動的幅值。因此，本文設計的三相永磁無刷直流電機采用短軸長徑的電樞結構。

2. 設計流程

電機設計流程包括主要尺寸的確定、長徑比的確定、永磁體的形狀選擇、軛高和齒寬的計算等。通過對電機的參數計算、校驗，最終確定電機各個部分的尺寸

5由以上分析，本文設計的三相永磁直流帶你及主要參數如下表

利用電磁場有限元分析軟件Ansys中的Maxwell 2D建立三相永磁無刷直流的二維有限元模型

4.基于有限元法的分析與計算

4.1樣機的反電勢

仿真得到的樣機的反電勢波形，反電勢波形為非平頂波。無刷直流電機的繞組存在一定的電感，導致電流不能快速變化，一般情況下的電機反電動勢只是接近梯形

4.2氣隙磁密

利用Maxwell 2D靜磁場求解，得到樣機的氣隙磁密波形圖

4.3磁場分布

 基于有限元的基本原理，計算了電機的空載磁場，并得到負載磁場分布圖 不能快速變化，一般情況下的電機反電動勢只是接近梯形