ansoft永磁无刷直流电机性能分析(3)

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永磁无刷自流电动机具有高效率、高可靠性、高功率密度的特点，在国民经济各个领域，例如仪器仪表、电动车、医疗器械、工业自动化等方面的应用越来越广泛。

1.2 永磁无刷直流电机的发展趋势

近年来随着永磁材料和电机技术的发展，使永磁无刷直流电机得到了日益广泛的应用，并且呈现一种高功能化、大功率化和微型化的发展趋势。

（1）向更高性能、高效节能方向发展

现代化装备向电机行业提出各种各样的更高效、更高性能要求，如计算机用高精度摆动电机及主轴电机等，航空航天用高性能、高可靠性永磁电机，移动电站、自动化装备用伺服系统及电机，数控机床、机器人用高调速比稀土永磁伺服电机，军事装备要求提供各种高性能信号电机。

（2）向专用电机方向发展

电机所驱动的负载千变万化，如全部采用通用型电动机，在某些情况下，技术经济很不合理。因此国外大力发展专用电机，专用电机约占总产量的80％，通用电机占20％。而我国恰恰相反，专用电机只占20％，通用型电机占80％。专用电机是根据不同负载特性专门设计的，如油田用抽油机专用稀土永磁电机，节电率高达20％。这方面的节能潜力很大。应该设计出性能先进、运行可靠、价格合理的稀土永磁电机产品。

（3）向轻型化方向发展

计算机、视听产品、电动车辆、数控机床、医疗器械、航空航天产品、便携式光机电一体化产品等，都对电机提出体积小、重量轻的严格要求。永磁电动机具有体积小、控制性能好、节能、又容易做成低速直接驱动，可通过频率变化进行调速，消除齿轮减速装置等优点，在许多场合都得以开发应用。

1.3 永磁电机性能分析的方法综述

当前所采用的永磁电机的性能分析方法有等效磁路法、磁网络法、场路结合分析法、电磁场解析分析法和电磁场数值分析法。

（1）等磁路法

等磁路法是传统的电机分析方法，将永磁体处理成磁势源或磁通源，其余的按通常的电机磁路计算来处理[1]。其优点是形象、直观、计算量小。但由于永磁电机磁场分布比较复杂，一些关键系数只能借助经验数据或曲线得到。因此很难得到精确的结果。

（2）等效磁网络法[2,3]

等效磁网络法是根据电机的几何结构和预测的磁通走向，把磁场划分为若干支路，每条支路由磁导或磁势源等单元组成，单元之间通过节点相连，构成磁网络。该方法是一种介于等磁路和有限元之间的分析方法，原理简单，实现方便，计算精度高于等磁路法，所需计算机内存容量比有限元少，但在建立磁网络时，电机结构要做一定简化，而且磁网络模型的简历是建立在磁场预测的结果上的，难免带来一定的误差，尤其对永磁电机复杂的电机结构误差更大。源:自~751-·论`文'网·www.751com.cn/

（3）场路结合分析法

这里提到的场路结合是指磁场和磁路的结合。利用电磁场数值计算求出极弧系数、漏磁系数、电枢有效长度等磁路法计算中不易准确计算的一些参数，然后将这些参数结合到磁路法的计算中，这样可以提高磁路法计算的准确性。

（4）电磁场数值计算法

电磁场数值计算法包括有限差分法，有限元法和积分方程法和边界元法四种基本类型，以及近年来发展产生的有限元法和边界元法相结合的混合法。其中有限元法适应了当今工程电磁问题分析的需要，已获得了广泛的应用[4,5]。有限元法最主要的特点是根据该方法编制的软件系统对于各种各样的电磁计算问题具有较强的适应性，通过前处理过程能有效地形成方程并求解。它能方便地处理非线性介质特性，如铁磁饱和特性等。它所形成的代数方程具有系数矩阵对称、正定、稀疏等特点，所以求解容易，收敛性好，占用计算机内存量也较少。这些正是有限元法能成为电气设备计算机辅助设计核心模块的优势所在。工程设计和科学研究对电磁计算精确度要求的不断提高，促进了有限元法的发展及其在电气工程方面的广泛应用。而计算机资源的不断开发又为有限元法电磁计算的发展创造了必不可少的条件。