基于ANSYS Maxwell的外转子无刷直流电动机分析与设计-田燕飞.pdf

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1、基于ANSYSMaxwell的外转子无刷直流电动机分析与设计[田燕飞，黄开胜，陈治宇，陈风凯，何建源][1.广东工业大学，广东广州510006；2.苇源电机有限公司，广东佛山528300][摘摘摘要要要]为配套中央空调外部风机，本文设计了一款910r/min、9槽10极三相无刷直流电动机，从电动机结构、永磁材料、磁体结构等方面分析了外转子永磁无刷直流电机的设计要求。利用ANSYSMaxwell建立了这款电动机的二维有限元仿真模型，对其性能进行了仿真。最后进行了试制、调试及试验。结果表明：外转子永磁无刷直流电动机驱动风机，性能良好，验证了软件仿真的准确性。[关键词]三相无刷直流电动机；外转子；

2、ANSYSMaxwell；模型；仿真AnalysisandDesignofExternalRotorBLDCMsUsingANSYSMaxwell[TIANYan-fei,HUANGKai-sheng,CHENZhi-yu,CHENFeng-kai][1.FacultyofAutomation,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China;2.IVYMotorLimitedCompany,Foshan528300,China][Abstract]AthreephasebrushlessDCmotorof910r/min,10pol

3、es,9slots,wasdesignedtoformacompletesetofcentralairconditioningexternalair-pumps.Themotorstructure,material,magnetstructurewasdesigned.A2DfiniteelementanalysismodelwasestablishedwithMaxwellofANSYS.Themotorperformancesweresimulated.Thedesignschemewastestedandthesamplewasmanufactured.Theexternalrotor

4、BLDCMwasusedtodrivetheair-pumps.Themeasureddatashowthatthemotorismoreadvantageforindustrialization,whichconfirmedtheaccuracyofthe2Dfiniteelementmodel.[Keyword]three-phasebrushlessDCmotor;externalrotor;ANSYSMaxwell;model;simulation1前言外转子三相无刷直流电动机体积小、重量也轻、调速性能好、效率高、输出转矩大，在价格和可靠性方面也有明显的优势。实践表明：外转子三相无刷

5、直流电动机带动的调速空调风机比普通感应电机带动的空调风机节能20%左右。由于外转子三相无刷直流电动机效率也有很大的提高，使风机的耗能明显下降；同时这一功率等级的外转子三相无刷直流[1]电动机及其驱动系统的成本很低，其应用前景为广大的家用空调制造厂看好。对三相无刷直流电动机的尺寸、耐压程度、齿槽转矩等提出新的要求。因此，合理的电机设计对于三相无刷直流电动机有重要意义。本文研究的外转子三相无刷直流电动机用于驱动中央空调外部风机，设计了一款9槽10极、910r/min的三相无刷直流电动机，给出了设计思路，并且利用ANSYSMaxwell建立了这款电动机的二维有限元仿真模型，对模型的定转子磁场、气隙

6、磁场谐波次数及幅值、磁力线分布情况、齿槽转矩大小、输出转矩大小等进行仿真，并在此基础上制造出了样机，完成了测功试验，验证了Maxwell2D有限元仿真分析的准确性。2三相无刷直流电动机电磁设计2.1主要技术指标本方案的电动机额定功率PN=1600W，额定电流IN=3.5A，额定转速nN=910r/min，输出转矩T=17N*m，电机效率h=85%以上。2.2三相无刷直流电动机主要尺寸的确定外转子永磁无刷直流电机的设计过程中，需要考考的主要尺寸是电枢直径Df1以及铁芯L[2]长度L、长直径比l=由电动机主要尺寸关系可知：Df12DnL1.6i1N=PαKKABiφWd其中，nN为额定转速，取为

7、910r/min，L为铁芯长度；P为计算功率，Kφ为极弧系数；KW为基波绕组系数，A为电负荷；Bδ为气隙磁密平均值。电动机的性能和成本的影响主要在于电动机的长径比，一般情况下，电动机的长径比在0.7～1.5左右浮动。在设计外转子无刷直流电机过程中，考虑到风机尺寸限制及惯性大的特点，外转子电机长径比会适当选[3]择小一些。2.3磁性材料的选择铁氧体和钕铁硼是最常用的永磁材料，钕铁硼磁能积的平方根接近铁氧体的3倍