无刷直流电机具有结构简单、体积小、效率高,运行可靠等优点,在冰箱风扇领域得到广泛的应用。但是无刷直流电机绕组等关键参数一般依据经验设计、霍尔传感器安装位置选取不准确以及换相过程存在较大的转矩脉动,从而严重影响冰箱的性能提升。本文针对冰箱常用的三相无刷直流电机、单相无刷直流电机的设计及其性能提升展开研究,主要工作如下:(1)阐述了无刷直流电机及其在冰箱应用的发展现状,总结了无刷直流电机设计及其转矩脉动抑制的国内外现状研究。(2)给出了无刷直流电机控制系统的结构,阐述了无刷直流电机控制系统的运行原理,并推导了无刷直流电机的数学模型。针对冰箱用三相无刷直流电机,根据工程实际要求,基于三相无刷直流电机原理,确定了符合电机设计要求的电机参数。根据确定的三相无刷直流电机参数,利用ANSYS Maxwell软件建立了三相无刷直流电机的二维有限元分析模型,分析了线圈匝数和绕组电阻对电机机械性能的影响。采用最小二乘法得到三相无刷直流电机的转矩特性与线圈匝数、线圈电阻的关联关系。根据三相无刷直流电机的性能要求,确定电机的线圈匝数和绕组电阻。为保证三相无刷直流电的可靠运行,探讨了霍尔传感器的位置安装原则。为确保霍尔传感器准确测量转子位置,通过三维有限元仿真和空间磁场测量实验,确定了霍尔传感器安装位置。有限元仿真结果表明:设计的三相无刷直流电机参数满足电机设计要求,霍尔传感器安装位置符合设计要求。(3)针对冰箱用单相无刷直流电机,给出了电机双极性绕组驱动电路,分析了电机换相过程产生转矩脉动的原因,并推导了电机电感对换相过程电流变化率影响。通过有限元仿真得到了单相无刷直流电机的反电动势、齿槽转矩、相电流以及电磁转矩。为了减小单相无刷直流电机换相过程的转矩脉动,提出了基于相位超前换相控制策略,并理论上推导了最佳的超前换相角。对冰箱用单相无刷直流电机进行了有限元仿真,搭建了噪声测试平台,测试了单相无刷直流电机的运行噪声。仿真结果表明提出的基于相位超前换相的控制策略是转矩脉动降低了17.3%,噪声测量结果表明提出的基于相位超前换相的控制策略使电机运行噪声减小了1.5d B(A)。仿真与实验结果验证了基于相位超前换相的控制策略的有效性。