无刷直流电机控制研究+Matlab仿真模型(4)
下面做简要分述。2.2无刷直流电动机本体
2.2.1 电动机定子
无刷直流电机定子是由许多硅钢片经过叠压和轴向冲压而成，每个冲槽内都有一定的线圈组成了绕组，可以参见图2-1b。从传统意义上讲，无刷直流电机的定子和感应电机的定子有点类似，不过在定子绕组的分布上有一定的差别。大多数的无刷直流电机定子有三个呈星行排列的绕组，每个绕组又由许多内部结合的钢片按照一定的方式组成，偶数个绕组分布在定子的周围组成了偶数个磁极。跟传统有刷直流电机相比，无刷直流电机的绕组分布在定子侧，更有利于散热。电枢绕组可以Y接或△接，如图2-4所示，但是考虑到系统的性能和成本较多应用Y接、三相对称且无中性点引出的无刷直流电机。
图2-4 绕组的形式
无刷直流电机的定子绕组可以分为梯形和正弦两种绕组，它们的根本区别在于由于绕组的不同连接方式使它们产生的反电动势（EMF）不同，分别呈现梯形和正弦波形，故用此命名。梯形和正弦绕组产生的反电动势的波形图如图 2-5所示。本文中认为正弦绕组的无刷电机为永磁同步电机。
图2-5 a) 梯形绕组的反电势波形 图2-5 b)正弦绕组的反电势波形
可想而知正弦绕组由于波形平滑所以运行起来相对梯形绕组来说就更平稳一些。但是，正弦型绕组由于有更多绕组使得其在铜线的使用上就相对梯形绕组要多，而且控制方法也比梯形波电动机大大复杂。所以在对电机运行精度要求不是非常高的场合，梯形波电机也即无刷直流电机是非常合适的选择。
2.2.2 电动机转子
无刷直流电机的转子是由2至8对永磁体按照N极和S极交替排列在转子周围构成的（内转子型），如果是外转子型无刷直流电机那么永磁体就是贴在转子内壁上的。目前转子的永磁体多采用钕铁硼等高矫顽力、高剩磁感应密度的稀土永磁材料制作而成。无刷直流电机转子的永久磁钢跟有刷直流电机所用的磁钢相类似，均是在电机气隙中建立足够的磁场，只不过是采用了反装的形式。常见的转子结构有三种形式：
(1)表面粘贴式磁极（又称瓦形磁极）。即在铁心外面粘贴径向充磁的瓦片形稀土永磁体。在电机设计过程中若采用瓦片形永磁体径向励磁并取其磁弧宽度大于120电角度，可以产生方波形式的气隙磁通密度，减小转矩波动。无刷直流电机转子多采用这种结构。
(2)嵌入式磁极（又称矩形磁极）。即在铁心内嵌入矩形永磁体，其优点是一个极距下的磁通由相邻的两个磁极并联提供，由于聚磁作用可以提供较大的磁通，但这种结构需要做隔磁处理采用不锈钢轴。
(3)环形磁极。即在铁心外套上一个整体稀土永磁环，并且通过特殊方法将环形磁体径向充磁为多极。该种结构的转子制造工艺相对简单，适用于体积和功率较小的电机。
2.2.3 有关电机本体设计的问题
无刷式直流电机的定子转子合称为电机本体。本体结构上与永磁同步电机相似，但没有笼形绕组和其他起动装置，其定子绕组一般制成多相，三相、四相、无相应用居多、无相以上的电机比较少见；转子由永磁体以一定的极对数组成。
电机本体的设计是一个很复杂的过程，其基本任务是根据给定的额定值和基本技术性能要求，选用合适的材料，确定电动机格部分的尺寸，并计算其性能，以满足节省材料、制造方便、性能良好的要求，获得较大的经济效益。本体要设计的内容很多，其中包括电磁设计、结构设计、施工设计以及工艺设计等。本文仅对极对数的选择进行简要的讨论，这对后面的仿真有较大影响。