有槽无刷直流电动机设计流程

1、有槽无刷直流电动机设计流程一. 主要技术指标的输入额定电压N U 、额定转速Nn 、额定功率N P 、预取效率'、工作状态、设计方式。其中工作方式有短期运行和长期运行两个选项,设计方式有按方波设计和按正弦波设计两种方式。 二. 主要尺寸的确定 1. 计算功率i P '长期运行 Ni P P ''+='321短期运行 Ni P P ''+='4312. 预取值的输入预取线负荷s A ' 预取气隙磁密B ' 预取计算极弧系数i 预取长径比(L/D 3.计算电枢内径 311.6Ns i i i n B A P D 

2、9;'''='根据计算电枢内径取电枢内径值1i D4. 极对数p5. 计算电枢铁芯长 1i D L '='根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L6. 实际长径比 DL =7. 输入永磁体轴向长m L 、转子铁芯轴向长L j1 8. 极距 pD i 21=9. 输入电枢外径1D 以及气隙宽度(包含紧圈的值三.定子结构 1. 齿数 Z 2. 齿距 zD t i 1=3. 槽形选择共七种,分别如下表。4. 预估齿宽: Fet t K B tB b =(t B 可由设计者经验得5. 预估轭高: 11122j Fe i Fe j j B K B a K lBh

3、= (1j B 可由设计者经验得6. 齿高t h7. 电枢轭高t i j h D D h -=21118. 气隙系数 20101015(5(b b t b t K -+=9. 电枢铁心轭部沿磁路计算长度111121(22(j ij t i i h ph h D L +-+=10. 电枢铁芯材料确定(从数据库中读取 电枢冲片材料电枢冲片叠片系数1Fe K 电枢冲片材料密度1j 电枢冲片比损耗50/10(s p 电枢铁损工艺系数a K开口梯形槽1 开口口半梨形槽2 图形结参构数槽口宽01b槽口深01h槽肩宽1xb槽肩深1xh槽底宽1db槽身深1sh槽口宽01b槽口深01h槽肩圆弧直径1xb槽底宽1

4、db槽深1sh净面槽积101111122xxsxdshbbhbbS+=211118sin2xsxdsbaahbbS+-+=101arcsin2xbba=平均齿宽1101112/sxihhhDR+=101122/xihhDR+=2arcsin(sin21111RbZRb dt-=2arcsin(sin22122RbZRb xt-=若21ttbb>,则3212ttttbbbb-+=否则:3121ttttbbbb-+=(1tb、2tb为最大齿宽或最小齿宽,视大小而定。tb为平均齿宽,取离最小齿宽1/3处的齿宽,以下表示均与此相同1101112/2/sxihbhDR+=2/2/10112xibh

5、DR+=2arcsin(sin21111RbZRb dt-=2arcsin(sin22122RbZRb xt-=若21ttbb>,则3212ttttbbbb-+=否则:3121ttttbbbb-+=开口梨形槽3 开口圆形槽4 图形结构参数槽口宽01b槽口深01h槽肩圆弧直径1xb槽底圆弧直径1db槽深1sh槽口宽01b槽口深01h槽直径1db净槽面积21211118sin82xdsdxSbaabhbbS+-+=101arcsin2xbba=21218sin8ddSbaabS+-+=101arcsin2dbba=平均齿宽1101112/2/sxihbhDR+=2/2/10112xibhDR

6、+=2arcsin(sin21111RbZRb dt-=2arcsin(sin22122RbZRb xt-=若21ttbb>,则3212ttttbbbb-+=否则:3121ttttbbbb-+=2/2/10111dibhDR+=01122/hDRi+=2arcsin(sin21111RbZRb dt-=2arcsin(sin22122RbZRb xt-=若21ttbb>,则3212ttttbbbb-+=否则:3121ttttbbbb-+=开口底半梨形槽5 梨形口扇形槽6 图形参数槽口宽01b槽口深01h槽肩宽1xb槽肩深1xh槽底圆弧直径1db槽深1sh槽口宽01b槽口深01h槽肩

7、圆弧直径1xb槽底宽1db槽深1sh净槽面积2101121111282xxdsdxShbbbhbbS+=110112sxi hhhDR+=101arcsin2xbba=Rbd2arcsin21=2122-=dbRh hRhgs+-=1212122111221218sin2-+-+=ddxxdsbRbRbaagbbS平均齿宽1101112/sxihhhDR+=101122/xihhDR+=2arcsin(sin21111RbZRb dt-=2arcsin(sin22122RbZRb xt-=若21ttbb>,则3212ttttbbbb-+=否则:3121ttttbbbb-+=1101112

8、/sxihhhDR+=101122/xihhDR+=2arcsin(sin21111RbZRb dt-=2arcsin(sin22122RbZRb xt-=若21ttbb>,则3212ttttbbbb-+=否则:3121ttttbbbb-+=梯形口扇形槽7 图形结构参数槽口宽01b槽口深01h槽肩宽1xb槽肩深1xh槽底宽1db槽身深1sh净槽面积110112sxi hhhDR+=2122-=dbRhRbd2arcsin21=hRhgs+-=1212121011112212122-+=ddxxxdsbRbRhbbgbbS平均齿宽1101112/sxihhhDR+=101122/xihhD

9、R+=2arcsin(sin21111RbZRb dt-=2arcsin(sin22122RbZRb xt-=若21ttbb>,则3212ttttbbbb-+=否则:3121ttttbbbb-+=四.转子结构转子结构类型:瓦片磁钢径向冲磁 环形磁钢 切向冲磁式磁钢 1.转子结构:永磁体磁化方向厚度m H 永磁体内、外极弧系数mi me 永磁体外径21-=i m D D 永磁体内径m m mi H D D 2-= 转子轭外径mi e D D =2 转子轭内径2i D 紧圈外经D 22.永磁材料的选取(从数据库材料名 剩磁20r B 矫顽力20c H 永磁体材料密度m 可逆温度系数Br 3.

10、转子轭材料选择材料名 密度2j 4.轴材料选择材料名 密度b 5.电机工作温度t6.磁钢在工作温度下的剩磁 2010020(1r Br r B t B -=(Br 为r B 的可逆温度系数, r B 有负的温度系数,本公式中Br 为正值。 7.磁钢在工作温度下的矫顽力 2010020(1c Hc c H t H -=(Hc 为Hc 的可逆温度系数,Hc 有负的可逆温度系数,本公式中为正值。 8.转子磁轭等效宽度 2222i e j D D b -=9.转子磁轭沿磁路方向长度21(4(2222mii e j j pD D b L -+=瓦片10.磁体磁化方向截面积 pD D L S mi m m

11、 me mi m 8(+= 瓦片五、磁路计算 1. 磁钢剩磁对应的磁通m r r S B = 2. 对应的磁势m c c H H F *0.2= 3. 预取漏磁系数4.空载及负载磁路特性计算 空载气隙磁密B 空载气隙磁通L B m = 空载电枢齿磁密Fet t K b t B B = 空载电枢轭磁密L K h B Fe j j 112= 空载转子轭磁密Lb B j j 222= 电枢齿磁场强度(从数据库查表 电枢轭磁场强度(从数据库查表 转子轭磁场强度(从数据库查表 气隙磁势6106.1=B K F 齿磁势t t t h H F 2= 转子轭部磁势222j j j L H F = 定子轭部磁势

12、111j j j L H F = 总磁势+=21j j t F F F F F 总磁通=m 负载时总磁势admL FF F += 起动时总磁势sdmL F F F +=采用迭代算法计算空载曲线与去磁曲线的交点,可得出电机的空载工作点(求空载和负载工作点算法详见求取空载负载工作点文档。 六.电路计算1. 绕组形式:a 星形三相三状态b 星形三相六状态 2. 状态导通相数(对a 为一相,对b 为二相 3. 磁状态角(对a 为120度,对b 为60度 4. 导通角(120度 5. 每极每相槽数mpz q 2=6. 槽距电角度Zp 21=7. 以槽数表示的极距pZ 20=8. 分布系数5.0sin(5

13、.0sin(11a q a q K d =9. 以槽数表示的节距Y 1 10. 短距系数015.0sinY K p =11. 绕组系数 p d W K K K =12. 并联支路数a 13. 管压降U 14. 预取空载转速0n ' 15. 每相绕组串联匝数W 'a .按方波设计025.7'-='pn U U W i(星形三相六状态015'-='pn UU W i(星形三相三状态b .按正弦波设计02785.5'-='W K pn U U W (星形三相六状态055.11'-='W K pn U U W (星形三相三

14、状态16. 根据W '取每相绕组串联匝数W 17. 实际空载转速0na .按方波设计0025.7-=pW U U n i(星形三相六状态015-=pW U U n i(星形三相三状态b .按正弦波设计002785.5-=W K pW U U n (星形三相六状态055.11-=W K pW U U n (星形三相三状态18. 层数(单层或双层C19. 电枢绕组总元件数 2CZ W c =20. 实际总导体数 a mW N 2= 21. 计算绕组每元件匝数 cs W N W 2=22. 实际每槽导体数 N s =N/Z23. 计算绕组端部长度 pD D pDavl i b 22 (2.

15、122. 111+='24. 计算电枢绕组每匝平均长度 (2b avl L L '+=' 25. 实取电枢绕组每匝平均长度 av L 26. 并绕根数 br n27. 导线电流密度 aJ ' 28. 预估导线截面积 a n J U P S br a N Nc ''='29. 预估导线直径 cc S d '='430. 导线选取:导线型号(从数据库 标称直径 d c (从数据库 导线最大直径 d cmax (从数据库 导线电阻率 20(从数据库 电阻温度系数 t p (从数据库 31. 导线计算截面积 42cc d S =3

16、2. 导线最大截面积 42m axm ax c c d S =33. 槽满率计算公式选择a .按裸线圆线计算 b .按裸线方线计算c .按漆包线最大外径圆线计算 d .按漆包线最大外径方线计算 e .34. 槽满率a . Sbrc s s S n S N K =b . Sbrc s s S n S N K 4=c . Sbrc s s S n S N K m ax =d . Sbrc s s S n S N K m ax 4=(a 、 b 、 c 、 d 分别与 33中 a 、 b 、 c 、 d 对应35. 实际导线电流密度 an S U P J br c N Na =36. 每相电枢绕组电

17、阻 brc av brc ava n S l W n S m Nl r =20(220(20237. 导线工作温度电阻 20(120t a at p t r r -+=七. 电枢反应计算1. 起动电流 at st r U U I 22-=(星形三相六状态atst r U U I -=(星形三相三状态2. 起动时每极直轴电枢反应最大值 w st sdm K W I pF 23=3. 预取一电枢负载工作时的气隙磁通 ' 4. 额定时反电动势最大值 N e n C E '=a .按方波设计w ie K W p C 152=(星形三星六状态w ie K W p C 15= (星形三相三

18、状态b.按正弦波设计w e K pW C 0.086582=(星形三星六状态 w e K pW C 0.08658= (星形三相三状态5. 额定工作时的平均电枢电流a .按方波设计 : ata r EU U I 22-=(星形三相六状态 ata r EU U I -=(星形三相三状态 b .按正弦波设计 : atat a r E r U U I 2827. 022-=(星形三相六状态 atata r E r UU I 827. 0-=(星形三相三状态 6. 额定工作时每极最大去磁磁势 Wa adm K W I pF 23=7. 负载工作点:(求取电机负载工作点要进行迭代计算, 详见 求取空载负

19、载工作点文档 。负载气隙磁感应强度 B 负载气隙磁通 负载电枢轭磁感应强度 j B 负载电枢齿磁感应强度 t B 负载转子轭磁感应强度 2j B8. 把 代入 4、 5、 6中的公式, 即可得出电机额定负载的反电势最大值、电枢电流以及最大去磁磁势。 9. 额定工作时电磁转矩 a T em I C T =a .按方波设计 :e W iT C K W a pC 304=(星形三相六状态 e W iT C K W a pC 302=(星形三相三状态 b .按正弦波设计 :i WT a pKW C 214. 1= (星形三相六状态 iWT a pK W C 5265. 0= (星形三相三状态 10.

20、起动电磁转矩 st T st I C T = 11. 额定工作线负荷a D NIA i a132=(星形三相六状态 aD NIA i a131=(星形三相三状态 八 . 性能计算1. 电枢铜损 at a Cu r I p 22=(三相六状态 at a Cu r I p 2= (三相三状态 2. 电枢铁损 (50(50/10(12123. 1j j t t a Fe GB G B f p K p +=3. 轴承摩擦损耗 310-=N p m mpn n G K pKm=3,p G 为磁钢重 转子轭重 转轴重 传感器转子重的和(3=m K 为默认情况 , 可让用户自己指定 4. 风损 633210

21、2-=L n D p N mpb5. 开关管损耗U I p a =2 (星形三相六状态 UI p a = (星形三相三状态 6. 机械损耗和铁损 mpb mpn Fe p p p p +='7. 考虑到附加损耗后的机械损耗和铁损 p p '=3. 1(系数可选 8. 电枢上的总损耗 +=p p p p Cu 9. 输入功率 a N I U P =1 10. 输出功率 -=p P P N 1 11. 效率 1P P N =12. 摩擦转距 Nn p T 56. 90=13. 额定输出转距 02T T T em -= 14. 电枢轭重 L h D D G j j j 2(42112

22、111-=15. 电枢齿重 LZS L D h D G S j i j j t 1212111 2(4-=16. 电枢冲片总重 t j G G G +=1 17. 磁钢总重 m m m m H pS G 2= 18. 转子磁轭重 22222224(j i e j j L D D G -=19. 转轴重 2224j e b b L D G =20. 电机各部分单价 21. 电机各部分价格 22. 总价格九.机械特性和工作特性曲线的绘制: 机械特性和工作特性曲线的绘制: 机械特性和工作特性曲线的绘制 机械特性曲线的绘制:(0, n0 与(Tem , nN的连线 工作特性曲线的绘制: 包括给定电压下

23、电枢电流与输出转矩,效率与输出转矩,输出功率与输 出转矩的关系 1. 给定某一电压 U 2. 给定某一电枢电流 I a 3. 电枢电阻上的压降 I a × r at (星形三相三状态 I a × 2rat (星形三相六状态 4. 反电动势 Et = U 2U 2 I a rat Et = U U I a rat 5. 每极电枢反应去磁磁势 Fadm = (星形三相六状态 (星形三状三状态 3 I aW K W 2p 6. 求在 Fadm 的去磁磁势下,磁路磁化曲线和磁钢去磁曲线的交点,可得 7. 气隙磁密 B = Bt = a mL B t bt K Fe s 2h j1 K Fe L (星形三相六状态 8. 电枢齿磁密 9. 电枢轭磁密 B j1 =