无刷直流永磁电动机设计流程和实例.docx

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无刷直流永磁电动机设计流程和实例

无刷直流永磁电动机设计实例

.主要技术指标

1.额定功率：

Pn=30W

2.额定电压：

Un=48V，直流

3.额定电流：

lN：

：

：

1A

3.额定转速：

nN=10000r/min

4.工作状态：

短期运行

5.设计方式：

按方波设计

6.外形尺寸：

0.0360.065m

•主要尺寸的确定

1.预取效率—-0.63、

2.计算功率p

直流电动机P'-=0.8530-40.48W,按陈世坤书

nN0.63

长期运行Pu丄丄Pn

3叩

短期运行P-・丄Pn

4们

3.预取线负荷A=11000A/m

4•预取气隙磁感应强度B§=0.55T

5.预取计算极弧系数:

-=0.8

6.预取长径比（L/D）入’=2

6.1P「

6.140.48

‘■：

•工iAsB/nn

3

10.8110000.55210000

=1.3710-m

3

7•计算电枢内径

根据计算电枢内径取电枢内径值。

衬=1.410°m

8.气隙长度：

=0.710"m

9.电枢外径Dj=2.9510，m

10.极对数p=1

11.计算电枢铁芯长L、，Di1=21.410^=2.810^m

根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L=2.810^m

2

■Di13.141.410

T==

2p2

13.输入永磁体轴向长Lm=L=2.810，m

•定子结构

1.

齿数

Z=6

2.

齿距

3"「410J.73310%

3.

槽形选择

梯形口扇形槽,

见下图。

4.

预估齿宽：

bt=

d』733汩°.55729410讣,Bt可由

1.430.96

BZ

5.

设计者经验得

1.43T,bt由工艺取0.29510'm

预估轭高：

hj1

礙220.8O.55=o.32310，m

2IBj1KFe2KFeBj120.961.56

Bj1可由设计者经验得1.53T,hj1由工艺取0.32510'm

根据齿宽和轭高作出下图，得到具体槽形尺寸

槽形尺寸

定子冲片图如图所示“其中:

定子冲片图

槽口宽*o；=0+2X10-2m

槽口高0.05X10

槽肩高AkI-0,05X10-2m槽高At=0<45X10_?

m齿宽6t=0t295X102m电枢辄高如=0.325X10~2m

6.气隙系数K空如匚=1.135

t（56+tbi^boi

7•电枢铁心轭部沿磁路计算长度

兀Qi+2ht+hjj%「/

Lii（1-）hji=2.06410m

p

8.槽面积S=0.272IO’m2

电枢铁芯材料确定（从数据库中读取）

电枢冲片材料DW540-50

电枢冲片叠片系数KFei=0.96

电枢冲片材料密度讣=7.75i03/m3

4.转子结构

1.转子结构类型：

瓦片磁钢径向冲磁

瓦片永磁体径向充磁结构，一如图所示。

由于电机转速较高，并工作在严重的振动、冲击、高低温和有腐蚀的环境中，故永磁体外套1C48Ni9Ti不锈钢不导磁紧圈，其厚度（X3mm已含在计算气隙8=0*7mm内，即电机实际工作气隙为64mm0

2.

i

转子结构国

永磁体外径Dm二-2：

=1.2610°m

3.永磁体内径Dmi二Dm-2Hm=0.8610，m

4.永磁体极弧系数：

\=0.8

5.紧圈外经D=1.3210，m

6.永磁材料磁化方向截面积

Sm=

mLm…Dm

2p

0.82.810’3.141.2610’

2

=4.4310*m2

7.永磁材料的选取

永磁体材料：

钕铁硼剩磁Br:

1.1T

矫顽力Hc:

796kA/m

永磁体材料密度;?

m:

7.4g/cm

D-D

9.He对应的磁势Fc=2Hc（-巴）=3200A

2

10.转子轭材料选择

由于转子较细，故转轴、磁轭为一体，选用10号钢

11.转子磁轭等效宽度

22

D「Di2」6-。

210=03310务

22

12.转子磁轭沿磁路方向长度［瓦片］

（De2Di2）mi2

Lj2二bj2

（1）=0.8310m

4p2

五、磁路计算

1.漏磁系数厂-1.2

2.

3.空载电枢齿磁密

Bt

BtB0.73310,

bg一0.29510，0.96

二2.588B

气隙磁通G二B、；jL^4.926B

①呈4926B-

4.空载电枢轭磁密Bj12.819B

2hj1KFeL2汉0..325汉0.96汉2.8°

12.空载特性曲线计算（见表）

空载特性曲线讨算麦

T

0.4

0.45

0.5

0.55

G6

^8=4.926^

10-4Wb

1.57C4

22K7

2-4630

2,70t3

Z9556

Bth2*585再jj

T

1.0338

1.1630

L2923

1.4215

1.5507

5,2=3-

T

1.2794

L.4394

1.5994

1.75S2

1.9192

Bji=2.819B4

T

1.1277

1,£687

1-4097

L55C7

L6916

Hi

A/m

1.848

2*32

3-16

5.19

11,49

Hj2

A/m

9.412

19,63

35*14

68,59

129.6】

A/m

2,171

2・96

4*88

1L48

34,83

^5=0.127^X10-^

A

SOS.6

S72.2

635.7

699.3

762,

Ft=o.9/ytyio-J

A

1.663

2.09

2,84

4,67

10.34

J*1j2=Or83/Zj2X10_

A

7*Bl

16.28

2N15

569

107.5

J?

jl-2.064Hj]XW^

A

■48

6.11

10.05

23.&?

Sf

A

522.5

59乩7

677,8

784.6

952.6

%=5.911鬲

10~4Wb

2.3644

2*6600

2.9556

3.2512

3,5467

13空载工作点

电机的空载特性曲线和永磁体去磁曲线如图所示。

两

F旺O

永磁体工作图

1一空载持性曲线必一负载挣性由线卡3—起动时粹性曲线。

条曲线的交点即为空载工作点.空载工作点的性能如下

（因为表面磁钢永磁电机电动机负载时气隙的合成磁场与空载时差不

多。

6.电路计算

1.绕组形式及电子开关形式：

两相导通星形三相六状态

2.绕组系数

采用单层集中整距绕组，即

第一节距y,-3（槽）

每极每相槽数q二一乙=1（m是相数；p为极对数）

2pm

故绕组系数Kw=1

3.预取空载转速n0=12000r/min

4.每相绕组串联匝数W

W-7.5,U~2U=80.24匝，U为管子压降，取0.7Vpn%

取W.=82匝

5.电枢总导体数N=2mW=492根

6.实际每槽导体数2=N/Z=82根

7.实际空载转速n。

。

衬+D!

）FD兀（）

8.计算绕组端部长度lb=1.2^的=1.22=4.1x10，m

2p2p

9.计算电枢绕组每匝平均长度Lav=2（L+lb）=13.8x10，m

10.预估导线截面积

ScPn3060.0708610-m2

UNJaa480.6314101

式中Ja=14106A/m2为预取导线电流密度

a二1为每相绕组支路数

11.导线选取

选择F级绝缘导线

QZY-2

导线计算截面积

Sc

2■dc

0.06610“m2

4

导线最大截面积

Scmax

导线直径

dc=0.2910'm

dcmax

-0.34210」m

12.

槽满率计算公式选择

Ks

4NsScmax10,=0.35

SS

13.

实际导线电流密度

Ja

Pn

UnSca

62

=1510A/m

14.

每相电枢绕组电阻

ra20

（20）Nlav10上

2ma2Sc

：

\20）W；Javpi」

a2Sc

式中「（20）=0.0157C「mm2/m）为导线的电阻率

设电机绕组的工作温度t为75°C，则

导线工作温度电阻咕论口（t-20）pj=3.65「

式中pt=0.00395为导线的电阻温度系数

CenN=39.5V

15〉i“

6.负载工作点:

根据Fsdm和Fadm，可在空载永磁体工作图上作出负载和起动时的特性

曲线2、3,求负载特性曲线与永磁体去磁曲线的交点，得负载工作点:

FF.O

电机的工作特性曲线和永磁体去磁曲线如图所示。

永磁体工作图

1一空義特性曲球泊一负载持性曲线门一起动时特性曲纵

负载气隙磁感应强度B、..=0.5872T

负载气隙磁通门=2.892510*Wb

负载电枢齿磁感应强度Bt=1.5176T

负载电枢轭磁感应强度Bj=1.6555T

7.额定工作时电磁转矩Tem」a=0.0366Nm

i■■■

8.起动电磁转矩Tst=Ct*H看1st=0.293N.m

八.性能计算

1.电枢铜损Pg=2lalat=6.87W

2.电枢铁损pFe二Kap（10/50）（f）1.3（B2GtB：

1Gj1）=4.11W

式中Ka

------铁损工艺系数,

取Ka=2

Gjr

------定子轭重

Gj1

's二2

二亠[D1-（D1

4

2_3

-2hj1）]L10=0.05816kg

Gt--

定子齿重

Gt

isbthtZL10’

-0.0173kg

3.轴承摩擦损耗Pmpn=KmpGpn”10-1.05W

Kmp=3,Gp为磁钢重转子轭重转轴重传感器转子重的和

（Kmp=3为默认情况,可让用户自己指定）

Gp=GmGgGr=0.035kg

4.风损Pmpb=2D；nNL10^=0.13W

5.机械损耗和铁损p—PFe•Pmpn•Pmpb=5.29W

6.考虑到附加损耗后的机械损耗和铁损p=1.3p=6.877W（系数可

选）

7.开关管损耗

p•..=21a，：

丄U=1.358W

8.电机总损耗pCupp..,=15.1W

9.输入功率P二卩“匚=46.56W

10.输出功率PN=P—送p=31.46W

11效率也x100%=67.57%

P

12.摩擦转距T0=9^6p=0.00657N.m

nN

13.额定输出转距T2二Tem-T。

二0.03N.m