盤式無鐵心永磁無刷直流電動機設計
華敘彬
（重慶交通大學 機電與車輛工程學院，重慶 400074）
摘 要：軸向磁通電機呈扁平型，具有結構緊湊、軸向尺寸小、功率密度大等優點。對一種無鐵心軸向磁通永磁無刷直流電機進行參數設計與電磁仿真。基于ANSYS Maxwell軟件建立起電機有限元分析模型，分析了電機在靜力場的氣隙磁場分布規律以及電機各部件的受力與轉矩輸出情況，并在瞬態場分析了電機的空載特性和動態特性。有限元結果表明：盤式無鐵心永磁無刷直流電機在空載運行時，反電勢為24.5 V，齒槽轉矩趨于0 N·m；在外接控制電路以額定負載啟動，電機在20 ms后，轉矩可穩定于12.21 N·m，轉速穩定于600 r/min，額定輸出功率為800 W，符合設計要求。
關鍵詞：軸向磁通電機；永磁無刷直流電機；參數設計；電磁仿真
中圖分類號：TM36+1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3175(2020)07-0019-05
Design of In-Wheel Disc Coreless Permanent Magnet Brushless DC Motor
HUA Xu-bin
（School of Mechatronics & Automotive Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China）
Abstract: The axial flux motor is flat type, which has the advantages of compact structure, small axial size and high power density. In this paper, a kind of coreless axial flux permanent magnet brushless DC motor (BLDCM) is designed and simulated. Based on ANSYS Maxwell, the finite element analysis model of motor is established. The distribution of air gap magnetic field in static field and the force and torque output of each component of the motor are analyzed, then the no-load and dynamic characteristics of the motor are analyzed in transient field. The finite element results show that the back EMF is 24.5 V and the cogging torque tends to 0 N•m while the disk coreless permanent magnet BLDCM is in no-load operation; when the external control circuit is started with rated load, the torque can be stabilized at 12.21 N•m, the speed can be stabilized at 600 r/min and the rated output power is 800 W after 20 ms, which meets the design requirements.
Key words: axial flux motor; permanent magnet brushless DC motor; parameter design; electromagnetic simulation
參考文獻
[1] 黃允凱， 周濤， 董劍寧， 等. 軸向永磁電機及其研究發展綜述[J]. 中國電機工程學報，2015，35(1)：192-205.
[2] 曹永娟，黃允凱，金龍. 軸向磁場無鐵心永磁電機電磁力及轉子機械強度的研究[J]. 電機與控制應用，2012，39(9)：10-12.
[3] 朱軍，劉慧君，王棟，等. 無鐵心軸向磁通永磁發電機設計與特性分析[J]. 微電機，2015，48(10)：31-35.
[4] 唐任遠. 現代永磁電機理論與設計[M]. 北京：機械工業出版社，1997：308-314.
[5] BUMBY J R, MARTIN R.Axial-flux permanentmagnet air-cored generator for small-scalewind turbines[J].IEE Proceedings-Electric Power Applications，2005，152(5)：1065.
[6] 譚建成. 三相無刷直流電動機分數槽集中繞組槽極數組合規律研究( 連載之一) [J]. 微電機，2007，40(12)：72-77.
[7] KAMPER M J, WANG R, ROSSOUW F G.Analysis and Performance of Axial Flux Permanent-Magnet Machine With Air-Cored Nonoverlapping Concentrated Stator Windings [J]. IEEE Transactions on Industry Applications，2008，44(5)：1495-1504.
[8] 王芳媛. 無鐵心盤式永磁同步發電機建模與有限元仿真[J]. 海峽科技與產業，2018(z1)；60-62.
[9] 曹永娟，黃允凱，金龍. 軸向磁場無鐵心永磁無刷直流電動機設計[J]. 東南大學學報( 自然科學版)，2013，43(2)：317-321.
[10] 上官璇峰， 王亞辰. 兩種類型盤式永磁同步發電機設計與比較分析[J]. 電子測量技術，2017，40(10)：80-85.
