當(dāng)今，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境是全世界共同關(guān)心的問題，我國政府也提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。目前，中國的電動機(jī)功耗每小時(shí)超過2萬億kW，約占全國用電量的60%和工業(yè)用電量的80%。永磁無刷直流電動機(jī)（brushless permanent-magnet DC motor, BLDCM）具有效率高、能耗低，與有刷直流電動機(jī)相比有無換相火花、運(yùn)行壽命長、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空、軍事、醫(yī)療器械、機(jī)床加工等領(lǐng)域。目前，研究、開發(fā)和生產(chǎn)無刷直流電動機(jī)已成為新的趨勢。

近年來，隨著現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，電動機(jī)的優(yōu)化方法由傳統(tǒng)的機(jī)械搜索發(fā)展到智能優(yōu)化，最優(yōu)化理論與技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。然而，由于轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，無刷直流電動機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法尚未完善。

齒槽轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子永磁體與定子齒槽相互作用產(chǎn)生的，會引起B(yǎng)LDCM振動并產(chǎn)生噪聲，從而使系統(tǒng)的控制精度及運(yùn)行效率降低。對BLDCM進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以降低齒槽轉(zhuǎn)矩，提升電動機(jī)效率。本文從轉(zhuǎn)子極面結(jié)構(gòu)、氣隙長度以及極弧系數(shù)對BLDCM的影響等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)分析綜述，并對亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行歸納總結(jié)，以期為今后高效無刷直流電動機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

圖1 永磁體與電樞的相對位置

圖2 轉(zhuǎn)子偏心結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)論

本文主要從永磁無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子表面的磁極結(jié)構(gòu)、氣隙長度、極弧系數(shù)這3個(gè)方面，分析了BLDCM結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可根據(jù)自身實(shí)際情況綜合考慮選取合適的優(yōu)化方案。

由此對無刷直流電動機(jī)近幾年來的研究重點(diǎn)及亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)給予總結(jié)：

• 1）目前廣泛使用的無刷直流電動機(jī)槽極比為3，但由于這類電動機(jī)銅耗較大，不利于提高效率，因此迫切需要研究新的槽極結(jié)構(gòu)。
• 2）電動機(jī)的優(yōu)化是一個(gè)非線性和多極值問題，隨著現(xiàn)代智能優(yōu)化算法研究的發(fā)展，今后在電動機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中不僅要進(jìn)一步加強(qiáng)對全局優(yōu)化算法的研究，還要將多種優(yōu)化算法相結(jié)合從而形成新的優(yōu)化算法。
• 3） 對于采用效率更高的驅(qū)動控制以實(shí)現(xiàn)BLDCM整體驅(qū)動系統(tǒng)的高效性，還有待進(jìn)一步研究。