當今，節(jié)約能源和保護環(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，中國的電動機功耗每小時超過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（brushless permanent-magnet DC motor, BLDCM）具有效率高、能耗低，與有刷直流電動機相比有無換相火花、運行壽命長、噪聲低等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于航空、軍事、醫(yī)療器械、機床加工等領(lǐng)域。目前，研究、開發(fā)和生產(chǎn)無刷直流電動機已成為新的趨勢。

近年來，隨著現(xiàn)代控制理論和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，電動機的優(yōu)化方法由傳統(tǒng)的機械搜索發(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，無刷直流電動機的優(yōu)化設(shè)計方法尚未完善。

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)的控制精度及運行效率降低。對BLDCM進行合理的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計可以降低齒槽轉(zhuǎn)矩，提升電動機效率。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的影響等方面進行設(shè)計分析綜述，并對亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題進行歸納總結(jié)，以期為今后高效無刷直流電動機的優(yōu)化設(shè)計提供參考。

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轉(zhuǎn)子表面的磁極結(jié)構(gòu)、氣隙長度、極弧系數(shù)這3個方面，分析了BLDCM結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。在實際設(shè)計中，可根據(jù)自身實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近幾年來的研究重點及亟需解決的關(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槽極比為3，但由于這類電動機銅耗較大，不利于提高效率，因此迫切需要研究新的槽極結(jié)構(gòu)。
• 2）電動機的優(yōu)化是一個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，今后在電動機優(yōu)化設(shè)計中不僅要進一步加強對全局優(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)動控制以實現(xiàn)BLDCM整體驅(qū)動系統(tǒng)的高效性，還有待進一步研究。