0　引　言
        当前,我国门业的发展态势很好,其中自动门 的年需求量为250 万平方米。市场上的自动门 大多是从国外进口,虽然性能稳定CONTROL ENGINEERING China版权所有,但价格昂贵; 国内鲜有企业能够生产自动门。因此,研制高质 量和高可靠性的自动门系统非常重要。用无刷直 流电机实现自动门的直接驱动,不仅使自动门装 置机械结构简化,制造成本降低,而且安装调试方 便控制工程网版权所有,故障率低。国外著名的电机制造厂商,以及国 内的电机制造厂商、研究机构、高等院校等都对工 业用的永磁无刷电机进行了研究、开发和生产。 本文针对工业领域的实际需要,即直接驱动 自动门的要求,设计了一台分数槽永磁无刷直流 电动机( PMBLDCM) 。对电机的拓扑结构进行了 研究,使用二维场路耦合时步有限元法对电机的 性能和磁场分布进行分析,给出了仿真结果。通 过样机试验验证,计算结果和试验结果均与理论 波形吻合,证明了该设计计算方法是正确、可靠 的CONTROL ENGINEERING China版权所有,对该型电机的进一步推广和使用有一定意义。 该电机经适当修改,可应用于自动卷门、自动卷帘 等的控制。
        1　拓扑结构和运行原理
        电机结构如图1 所示。该电机采用6 极设 计,这样可以使电机轭部的厚度变薄CONTROL ENGINEERING China版权所有,电机的体积 缩小,重量减轻。槽数为9槽,因此图1所示三相 6极PMBLDCM相邻两槽间的距离与极距比为6 / 9,构成分数槽绕组。由文献[ 4, 5 ]可知,这种极 槽配合使得定、转子间的电磁力在任何转子位置 上均相等,有效减小了自定位转矩。电机的绕组 连接如果采用单层绕组连接方式www.cechina.cn,由于每相磁路 基本上是独立的CONTROL ENGINEERING China版权所有,可以忽略各相绕组之间的互感; 但是如果采用双层绕组连接方式www.cechina.cn,绕组之间的互 感就存在了。由于转子永磁体采用表面式结构放 置,因此电机各相绕组的电感不随转子位置变化。

        本文介绍的电机绕组采用了一种双层短距的 绕组连接方式www.cechina.cn,如图2 所示。相对文献[ 6 ]中提 到的单层集中绕组,双层短距绕组可以减小绕组 的端部长度,提高电机内部空间和铜线的利用率, 同时减小铜耗,提高电机效率。为节约成本,电机 运行的控制方式采用传统的3 /2 通电120°导通 控制模式,根据位置传感器的信号来决定导通相。
        

        2　基于二维场路耦合时步有限元法 的样机研究
        　　本文以星形连接三相六状态二相导通的PM2BLDCM为例进行分析,系统结构见图3。
        

        　　PMBLDCM定子采用集中绕组。假设无刷直 流电动机磁场沿轴向均匀分布,采用二维场分析, 矢量磁位只有Z 轴分量。忽略转子铁心中的涡 流、磁滞损耗,电机满足的电磁场和电路方程为: 

         式中, [ e ]和[ u ]的值根据工作状态的不同有两种 取法,工作在换流区间时:

        同理可得另外二相感应电势。
        用加权余量法建立有限元离散化方程,取权 函数等于形状函数,对式( 1)中的电磁场方程作 离散化处理,耦合定子电路方程得到系统总体方 程。用时间差分代替微分,得到空间和时间离散 的系统方程。