无刷直流永磁电动机设计流程和实例

1、Word文档无刷直流永磁电动机设计实例.主要技术指标.额定功率：Pn 30W.额定电压：Un 48V ,直流.额定电流：In 1A.额定转速：nN 10000r/min.工作状态：短期运行.设计方式：按方波设计.外形尺寸： 0.036 0.065m.主要尺寸的确定.预取效率0.63、.计算功率Pi直流电动机P Km色0.85 30 40.48W,按陈世坤书n 0.63，一 一，1 2长期运行Pipn31 3短期运行Pi一Pn4. 预取线负荷As 11000A/m.预取气隙磁感应强度B0.55T.预取计算极弧系数i 0.8. 预取长径比（L/D）入=2.计算电枢内径Dii36.1PiiAsBnN

2、36.1 40.48,0.8 11000 0.55 2 100001.37 10 2m根据计算电枢内径取电枢内径值Dn 1.4 10 2m.气隙长度0.7 10 3m.电枢外径D12.95 10 2 m10.极对数p=111.计算电枢铁芯长 LDi1 2 1.4 10 22.8 10 2m根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长 L= 2.8 10 2m212.极距Di1 3.14 1.4 1022p2.2 10 m13.输入永磁体轴向长LmL 2.8 10 2m三.定子结构齿数 Z=62D 止而 + Di1 3.14 1 .4 102凶正目 t 0.733 10 mz6槽形选择梯形口扇形槽，见下图。

3、2预估齿宽：btB 0.733 10一弊 0.294 10 2m , Bt 可由BtKFe1.43 0.96设计者经验得1.43T, bt由工艺取0.295 10 2 mg 人.-aiB2.2 0.8 0.552预估腕图：1 0.323 10 mj 2lBj1KFe 2KFeBj12 0.96 1.56Bj1可由设计者经验得1.53T,与1由工艺取0.325 10 2m根据齿宽和轲高作出下图，得到具体槽形尺寸槽形尺寸定子冲片图如图所示。其中:定于冲片图槽口宽瓦=0. 2X10-m 槽口高儿=6 05XlCr4n 槽肩高 瓦i = 0. 05X1。一%! 槽高 Ai = 0. 45 X10-2m

4、 齿宽瓦= 0,295X10-411 电枢舸高 跖=0. 325X 10-2m气隙系数 Kt(5一瓦。1.135t(5bd) b01电枢铁心腕部沿磁路计算长度。1 2ht hj1)i2Li1- (1 ) %12.064 10 2m2p2 j槽面积 S 0.272 10 4m2电枢铁芯材料确定（从数据库中读取）瓦片永磁体径向充磁结转子结构图电枢冲片材料DW540-50 电枢冲片叠片系数KFei 0.96电枢冲片材料密度j1 7.75 1 03/m3电枢冲片比损耗Ps(10/50) 2.16W/kg四.转子结构.转子结构类型：瓦片磁钢径向冲磁构，如图所示由于电机 转速较高于并工作在严重的振动，冲击

5、.高低温和有腐悦的环 境中.故永磁体外套 lC18Ni9Ti不锈钢不导磁累 圈，其厚度33mm已含在计 算气隙3=0,7mm内，即电机 实际工作气隙为4mm,.永磁体外径 Dm Dii 21.26 10 2m2.水磁体内径 Dmi Dm 2Hm 0.86 10 m.永磁体极弧系数m 0.8.紧圈外经 D2= 1.32 10 2m.永磁材料磁化方向截面积SmmLm Dm 0.8 2.8 103.14 1.26 104.43 10 4m22p2.永磁材料的选取永磁体材料：被铁硼 乘U磁 Br : 1.1T矫顽力 H c : 796 kA/m永磁体材料密度m :7.4g/cm38. Br对应的磁通r

6、Br Sm 4.87676 10 4Wb9. Hc对应的磁势FcDe De2Hc( m里)3200 A2.转子腕材料选择由于转子较细，故转轴、磁腕为一体，选用 10号钢.转子磁腕等效宽度, De2 Di2 Dmibj2 -2Di222_2。86 100.2 1020.33 10 2m12.转子磁腕沿磁路方向长度瓦片Lj2 bj2(De2 Di2)4p(1皿)0.83 10 2m 2五、磁路计算1.漏磁系数1.24.926B2.气隙磁通2.588B3.空载电枢齿磁密Bt2B t B 0.733 10 2btKFe0.295 10 2 0.964.空载电枢腕磁密Bj14.926B2hj1KFeL2

7、 0.325 0.96 2.82.819B5.空载转子腕磁密Bj21.2 4.926B3.198B2bj2L 2 0.33 2.8.气隙磁势F 1.6 K B 106 1.6 0,07 10 2 1.135 B 106 0.127B104A.定子齿磁势 Ft 2Htht 2 0.45 10 2Ht 0,9Ht 102A.定子腕部磁势Fj1 山由12.064Hj 102 A.转子腕部磁势 Fj2Hj2Lj2 0.83H j2 10 2A.总磁势 F FFtFj1 Fj2.总磁通 m1.2 4.926B10 4Wb.空载特性曲线计算（见表）。空或特性曲战计算表坨T6 40, 450.50, 5E0

8、. G%= 4.9%品!Q-4Wb1.97CH2. 167入 46302. 70S 32. 9556Si= 2 585瓦TL 03381.1630LL 42151.5507吗!一3一 19后国T1.2794L G94L 59941.76S21.912马二三2 Hi98*T1，12771,抽71-4097L55竹1.6916A/iL 4 82.32& 15.1911.49小A/e9.刁121轨6335. 146凡S112 仇 61川A/mX 171?.D6*8811. 4834Y3%=。，127&乂10一.A5。印52635- 7百卯.37C2.917 9HM10TAI 663工。94, 671

9、0. 34F氏= GM3F打乂107AT.El16. 2829. 1556. 9107. 5A44H6.1110, 0523. 6771. 8SfA啰* 5545, 7784.6952. 64=191】治IL*嘉录44. !2, 6002, 955多3. 25123.546713空投工作点电机的空载特性曲线和永假体去硬曲线如图所示.两永磁体T作图1 一空巢特性曲线;Z负量为性曲线工3起动时特性曲线.条曲线的交点即为空载工作点,空载工作点的性能如下: 空载气隙磁感应强度其 = 0. 5895T空载气隙磁通空载电枢齿磁感应强度 空载电枢扼磁感应强度 空量转子枕磁感应强度 预取负载气隙磁通*=2.

10、9039X10-4WbB=L 5263T4 = L 6620TBI2=L 8865T &%=2. 89X10-4Wb（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。）.电路计算.绕组形式及电子开关形式：两相导通星形三相六状态.绕组系数采用单层集中整距绕组，即第一节距yi3(槽)每极每相槽数q 1 （m是相数；p为极对数） 2Pm故绕组系数Kw 1.预取空载转速n0 12000r/min.每相绕组串联匝数 WW 7.5 i U-2-U 80.24匝，U为管子压降，取 0.7V pno 0取W82匝.电枢总导体数N 2mW 492根.实际每槽导体数Ns=N/Z=82根.实际空载转速

11、n0U 2 U48 2 0.7n0 7.5 i 7.5 0.8 1 11742r/minpW 01 82 2.9039 10 4D).计算绕组端部长度lb1.2-Dav 1.22 4.1 10 2m2p2p.计算电枢绕组每匝平均长度Lav 2(L lb) 13.8 10 2m.预估导线截面积ScPnUnJaa3048 0.63 14 106 10.07086 10 6m2式中Ja 14 106A/m2为预取导线电流密度a 1为每相绕组支路数.导线选取选才? F级绝缘导线QZY-2d c 6 2导线计算截面积Sc0.066 10 6 m24导线最大截面积S2c max导线直径de 0.29 10

12、 3m cdcmax0.342 10 3m12.槽满率计算公式选择Ks4 N s ScmaxSS10 20.3513.实际导线电流密度JaPn15 106A/m2Un Sca14.每相电枢绕组电阻ra20(20) Nlav2ma2 Sc10 6(20)W l av2 3a2Sc式中(20)0.0157(mm2 / m）为导线的电阻率设电机绕组的工作温度t为750C ,则导线工作温度电阻ratra201(t 20) pt 3.65式中Pt0.00395为导线的电阻温度系数.电枢反应计算.起动电流以 U2-U 7.77A213.起动时每极直轴电枢反应最大值 Fsdm IstWKw 276A4.额定

13、工作时的反电动势- 2PCe WN nN 39.5V15 i.额定工作时电枢电流U 2 U E2rat0.97A.额定工作时最大直轴去磁磁势Fadm I aW Kw 34A 4.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:电机的工作特性曲线和永磁体去磁曲线加图所示。永磁体工作图1-空裁带性曲绩;2史我将性曲理调一起动时特性曲躅负载气隙磁感应强度B 0.5872T负载气隙磁通 2.8925 10 4Wb负载电枢齿磁感应强度Bt=1.5176T负载电枢腕磁感应强度 Bj =1.6555T4p.额定工

14、作时电磁转矩Tem W Ia 0.0366Nm.起动电磁转矩 TstCtI st 0.293N.m八.性能计算2_ _.电枢铜损 pcu 2Ia rat 6.87W.电枢铁损 pFeKaP(10/50)(f)1.3(B2Gt B；Gji) 4.11W式中Ka- 铁损工艺系数，取 Ka 2G j 1 定子聊i重23Gj1 -D1(D1 2hj1) L 100.05816kg4Gt 定子齿重Gt sbthtZL 10 3 0.0173kg.轴承摩擦损耗 Pmpn KmpGpnN 10 3 1.05WKmp=3, Gp为磁钢重转子腕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)Gd Gm G