基于有限元分析的永磁无刷直流电动机优化设计

黄迪西，崔 群，房 菁

(安徽工程大学，安徽芜湖241000)

0 引 言

近年来，随着电力电子技术的发展和永磁材料价格不断降低，永磁无刷直流电动机得到前所未有的发展。永磁无刷直流电动机可以克服有刷直流电动机换相易产生火花、损耗大、寿命短的缺点;同时永磁无刷直流电动机还具有调速性能好、起动转矩大等优点［1］。在永磁无刷直流电动机性能分析方法中，国内外应用较多的是基于磁路法的经验公式或者是基于麦克斯韦方程的电磁场有限元分析。本文利用经验公式对电机的尺寸和参数进行初步设计，然后利用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell V12对永磁无刷直流电动机进行优化设计。

1 有限元分析原理

1.1 二维有限元分析原理

有限元求解的基本原理是将整个区域划分为许多小的区域，然后将求解边值问题的原理应用在每个小区域中，最后将各个小区域的结果总和起来得到整个区域的解。在稳态情况下电磁场问题可表示成如下方程组:

式中:A表示磁矢量;ν表示磁阻率;Ht表示磁场强度的切向分量;Jz表示源电流密度;Γ1表示一类边界条件;Γ2表示二类边界条件。

图1 永磁无刷直流电动机的求解区域

图1 是无刷直流电动机有限元分析求解域，两条径向线上磁场相等，即满足关系:

电机定子外径BC处磁场可近似为零，因此需要施加磁通平行边界条件，即BC满足关系:

1.2 网格剖分原理

有限元法在电磁场中的应用实质是把麦克斯韦方程组离散化后求解，而求解域的离散化过程的关键是对网格进行剖分。……