目前,已有多種適用于永磁直流無刷電機(jī)設(shè)計(jì)使用的軟件,例如 ANSYS、ANSOFT、MotorSolve、 SPEED等。國內(nèi)也有多個(gè)新開發(fā)的設(shè)計(jì)軟件可用于直流無刷電機(jī)設(shè)計(jì)。
加拿大以電磁計(jì)算分析著名的 Infolytica公司于2006年推出了專門針對永磁直流無刷電機(jī)的MotorSolve BLDC電機(jī)設(shè)計(jì)軟件。 MotorSolve軟件包括電機(jī)和驅(qū)動兩個(gè)部分。它將經(jīng)典的解析方法和電磁場有限元分析方法結(jié)合在一起用于電機(jī)設(shè)計(jì)。用戶僅需輸入設(shè)計(jì)參數(shù),便能自動生成模型和繞組,得到基于電磁場有限元分析軟件 MagNet的仿真結(jié)果。用戶可以改變轉(zhuǎn)子和定子的幾何尺寸、極數(shù)和槽數(shù)、槽形、繞組、材料等設(shè)計(jì)參數(shù),計(jì)算電機(jī)磁通、電流、反電動勢、轉(zhuǎn)矩、鐵損耗、銅損耗、效率、齒槽轉(zhuǎn)矩等性能數(shù)據(jù),并可進(jìn)行多設(shè)計(jì)方案比較。在 MotorSolve軟件里,用戶只需簡單地輸入極數(shù)、槽數(shù)、繞組節(jié)距、相偏移等參數(shù),就能自動地產(chǎn)生繞組分布,并計(jì)算反電動勢,繞組系數(shù)和電動勢諧波分析。
SPEED軟件是一種有效的磁場設(shè)計(jì)分析軟件,它是由英國的 Glasgow大學(xué)電子電氣工程系研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的。它包含很多層面的設(shè)計(jì)分析,每年推出已更新的新功能,以改善其功能,使之更容易使用。其中 PC-BDC是專門用于永磁直流無刷電機(jī)設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)過程大致如下:
(1)審查設(shè)計(jì)目標(biāo)要求;
(2)選擇轉(zhuǎn)子永磁材料和定子沖片材料。 SPEED軟件內(nèi)含永磁和軟磁材料性能數(shù)據(jù)庫;
(3)基于經(jīng)驗(yàn)或定子模板,選擇了轉(zhuǎn)子極數(shù)與定子槽數(shù),輸入電機(jī)初步結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù);
(4)使用該程序建立電磁模型,根據(jù)需要調(diào)整電機(jī)尺寸得到符合要求的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、損,耗計(jì)算結(jié)果;
(5)選擇繞組模式,優(yōu)化匝數(shù),給出導(dǎo)線直徑及槽滿率;
(6)檢查方案的有效性;
(7)變更某些參數(shù)迭代計(jì)算不同的優(yōu)化方案。例如,變更繞組匝數(shù)、氣隙、磁體厚度,檢查熱性能和電機(jī)運(yùn)行的影響,驗(yàn)證對電壓,電流等影響;
(8)重新驗(yàn)證方案是否符合設(shè)計(jì)要求,
可利用SPEED和Motor-CAD兩個(gè)軟件包進(jìn)行無刷電機(jī)的電磁計(jì)算和熱計(jì)算。
CAD技術(shù)將計(jì)算機(jī)的快速準(zhǔn)確計(jì)算能力與電機(jī)專家研究理論成果及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來,加速了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程,縮短了設(shè)計(jì)周期,提高電機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。盡管設(shè)計(jì)軟件功能越來越豐富,為無刷電機(jī)設(shè)計(jì)帶來不少方便,但設(shè)計(jì)者的直流無刷電機(jī)基本理論相關(guān)知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是不可或缺的。實(shí)際上,在初始設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)程序中,參數(shù)的選擇都需要設(shè)計(jì)者正確參與和判斷。利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件并與傳統(tǒng)電磁設(shè)計(jì)方法相結(jié)合,有利于提高設(shè)計(jì)水平。