永磁直流无刷电动机的研究
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摘要
如何更好地设计、分析无刷直流电机，以降低成本，提高无刷直流电机性能，分析方法越来越重要，传统方法一般是采用比较简单的磁路法，用磁钢工作图，计算静态及动态的工作点。但是如要对电机性能进行精确的分析，用这种磁路法就感到力不从心了。近年来对永磁无刷直流电机的分析多采用有限元法，用场的方法对永磁电机的一些参数进行计算、分析。所以使用有限元软件对无刷直流电机分析的具体、高效的方法，就非常值得探讨了。
本文深入探讨如何将ANSYS有限元软件应用到电机设计和分析中去的方法，并据此对集中式绕组的无刷直流电机作一初步分析。
在此基础上，针对一无刷直流电机设计进行二次开发，利用ANSYS提供的APDL语言和高级编程语言，形成能对ANSYS建模进行控制的无刷直流电机设计的专用软件包，以提高设计分析的效率。并达到对不了解ANSYS的电机设计人员也可利用ANSYS强大功能的目的。
利用上述软件研讨无刷直流电机的定位转矩的求取方法；分析集中式绕组的无刷直流电机各结构设计参数对磁场的影响，尝试求取、分析空载漏磁系数，讨论如何削弱定位转矩。
本文的研究内容，对无刷直流电机的具体分析工具、方法作了进一步的探索，对设计、生产实践具有一定的现实意义。
To reduce the cost of the brushless DC motors , and advance the performance of the brushless DC motors, the way of designing the brushless DC motors is very important. The brushless DC motors often were design by magnetic circuit. The dynamic operation point and static state operation point were gained by the alnico operation curve. If we should accurate analyze the performance of the brushless DC motor, we can't only base magnetic circuit. The finite-element method were used to analyse the brushless DC motors these years. Some parameter were calculate by analyse the field. The accurate data can be gained.
The paper research the way to analyze and design the motors by finite element programming (the ANSYS software ). And the centralization winding motor were analyzed by the ANSYS software. Base on the APDL program language that were offer by ANSYS software and the other program languages, the special purpose software packets were achieved for design the brushless DC motor. The researcher could use the ANSYS software to design and analyze the motors who didn't know the ANSYS software very well by the special purpose software packets.
The influence of a centralization winding brushless DC motor structural design parameter and magnetic field were analyzed, and a way to achieve the fix position angular force was brought out.
The research achievement bring out a accurate efficient way to analyze
and design the brushless DC motor. It give much convenience to the motor designers.
本文深入探讨如何将ANSYS有限元软件应用到电机设计和分析中去的方法，并据此对集中式绕组的无刷直流电机作一初步分析。
在此基础上，针对一无刷直流电机设计进行二次开发，利用ANSYS提供的APDL语言和高级编程语言，形成能对ANSYS建模进行控制的无刷直流电机设计的专用软件包，以提高设计分析的效率。并达到对不了解ANSYS的电机设计人员也可利用ANSYS强大功能的目的。
利用上述软件研讨无刷直流电机的定位转矩的求取方法；分析集中式绕组的无刷直流电机各结构设计参数对磁场的影响，尝试求取、分析空载漏磁系数，讨论如何削弱定位转矩。
本文的研究内容，对无刷直流电机的具体分析工具、方法作了进一步的探索，对设计、生产实践具有一定的现实意义。
To reduce the cost of the brushless DC motors , and advance the performance of the brushless DC motors, the way of designing the brushless DC motors is very important. The brushless DC motors often were design by magnetic circuit. The dynamic operation point and static state operation point were gained by the alnico operation curve. If we should accurate analyze the performance of the brushless DC motor, we can't only base magnetic circuit. The finite-element method were used to analyse the brushless DC motors these years. Some parameter were calculate by analyse the field. The accurate data can be gained.
The paper research the way to analyze and design the motors by finite element programming (the ANSYS software ). And the centralization winding motor were analyzed by the ANSYS software. Base on the APDL program language that were offer by ANSYS software and the other program languages, the special purpose software packets were achieved for design the brushless DC motor. The researcher could use the ANSYS software to design and analyze the motors who didn't know the ANSYS software very well by the special purpose software packets.
The influence of a centralization winding brushless DC motor structural design parameter and magnetic field were analyzed, and a way to achieve the fix position angular force was brought out.
The research achievement bring out a accurate efficient way to analyze
and design the brushless DC motor. It give much convenience to the motor designers.
引文
[1] 唐任远，现代永磁电机理论与设计，北京，机械工业出版社，1997
[2] 丁志刚，无刷直流电动机的研究和开发进展，微电机，2000年第3卷第1期
[3] 贡俊，陆国林，无刷直流电机在工业中的应用和发展，微特电机，2000年第5期
[4] 张琛，直流无刷电动机原理及其应用，北京，机械工业出版社，1996
[5] 叶金虎，无刷直流电动机，北京，科学出版社，1982
[6] 陈俊峰，永磁电机(上、下)，北京，机械工业出版社
[7] 沈建新，永磁无刷直流电动机特殊绕组结构及无位置传感器控制的研究，浙江大学博士学位论文，1997
[8] 赵强，永磁同步电动机多种转子结构设计与仿真分析，清华大学硕士学位论文，2001
[9] 杨业军，永磁式摆动电动机定位转矩的有限元计算，电工电能新技术，2000年第1期
[10] 乔静秋，直槽与斜槽式永磁无刷电动机的有限元分析，电机与控制学报，2001年第5卷第4期
[11] 艾志久、许云，ANSYS软件接口开发应用实践，ANSYS应用年会论文集，2000
[12] ANSYS APDL Programmer's Guide. USA:SAS IP,1998
[13] ANSYS UIDL Programmer's Guide. USA:SAS IP,1998
[14] Guide to ANSYS User Programmable Features. USA:SAS IP,1998
[15] Guide to Interfacing with ANSYS. USA:SAS IP,1998
[16] 陈燕、杨松，ANSYS软件在开关磁阻电机电磁分析中的应用，煤炭科学技术，2001年第29卷第4期
[17] 顾兴宝，高功率密度永磁直流电动机，微特电机，2000年第5期
[18] 黄海，采用ANSYS软件进行永磁电机的磁场分析，船电技术，2001年第2期
[19] 姚陶生，ANSYS有限元分析软件在机车主发电机电磁场分析中的应用，内燃机车，1999年第2期
[20] S.J.Park, H.W.Park, M.H.Lee,and F.Harashima, A New Approach for Minimum-Toque-Ripple Maximum-Efficiency Control of BLDC Motor, IEEE Trans. Ind. Electronics, VOL 47, No.1, pp.109-113, February 2000.
[21] Rubaai, A.; Ricketts, D.; Kankam, M.D., Experimental verification of a hybrid fuzzy control strategy for a high-performance brushless DC drive system, Industry Applications, IEEE Transactions on, Volume: 37 Issue: 2, March-April 2001,Page(s): 503-512
[22] Yoshida, M.; Murai, Y.; Takada, M., Noise reduction by torque ripple suppression in brushless DC motor, Power Electronics Specialists Conference, 1998. PESC 98 Record. 29th Annual IEEE, Volume: 2,1998, Page(s):1397-1401 vol.2
[24] N.Ermgrul, and P.P.Acarnley, An optimal speed controller for permanent-magnet synchronous motor drives, IEEE Trans. Industrial Electronics, 1994(5):503-510
[25] Zhu, Z.Q.; Howe, Bentouati, D., Permanent magnet brushless DC motors for consumer products, Electrical Machines and Drives, 1999. Ninth International Conference on (Conf. Publ. No. 468), 1999, Page(s): 118-122
[26] 刘广珠，电动车无刷直流电动机驱动电路及其速度控制，微电机，1999年第32卷第6期
[27] 《ANSYS 5.4 Procedure Manual》(ANSYS公司资料)
[28] Scott Stanfield, Ralph Arvesen, Visual C++开发人员指南，机械工业出版社，1997.6
[29] 蒋志扬，王国斌等，无刷直流电动机数学模型，航空学报，1989年第10卷第3期
[30] 姚光中，无刷直流电动机的转矩脉动，电机技术，1999年第4期
[32] 马佐群，无刷直流力矩电动机电磁场计算的数学模型分析，浙江农业大学学报，
1999年25卷
[33] 张敏霞，方波无刷直流电动机气隙磁场的研究，微特电机，1993年第6期
[34] 上官镟峰，永磁无刷直流电动机的转矩脉动及其削弱方法，微电机，2001年第3期
[35] 沈建新，正弦型无刷直流电动机主要尺寸的新算法，微特电机，1996年第4期
[36] 李光友，无刷直流电动机平均电磁转矩探讨，微特电机，1992年第3期
[37] 干金云，一种新型电动车辆用复合式永磁无刷直流电动机，微特电机，2000年第3期
[38] 李世作、肖仁山，铷铁硼永磁无刷直流电动机电磁场有限元分析，微特电机，1996年第3期
[39] 曹德青，强大的显式动态有限元分析工具—ANSYS/LS—DYNA，ANSYS应用年会论文集，2000
[40] 王凤翔、陈柒拾，永磁无刷直流电机的转矩计算及结构参数对转矩的影晌，电机与控制学报，1999年第2期
[2] 丁志刚，无刷直流电动机的研究和开发进展，微电机，2000年第3卷第1期
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[18] 黄海，采用ANSYS软件进行永磁电机的磁场分析，船电技术，2001年第2期
[19] 姚陶生，ANSYS有限元分析软件在机车主发电机电磁场分析中的应用，内燃机车，1999年第2期
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[36] 李光友，无刷直流电动机平均电磁转矩探讨，微特电机，1992年第3期
[37] 干金云，一种新型电动车辆用复合式永磁无刷直流电动机，微特电机，2000年第3期
[38] 李世作、肖仁山，铷铁硼永磁无刷直流电动机电磁场有限元分析，微特电机，1996年第3期
[39] 曹德青，强大的显式动态有限元分析工具—ANSYS/LS—DYNA，ANSYS应用年会论文集，2000
[40] 王凤翔、陈柒拾，永磁无刷直流电机的转矩计算及结构参数对转矩的影晌，电机与控制学报，1999年第2期
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