无刷直流永磁电动机设计流程和实例.

1、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：% = 10000r/ min工作状态：短期运行设计方式：按方波设计外形尺寸：4 0.036 x 0.065m二.主要尺寸的确定预取效率门=0.63、计算功率Pi直流电动机 P = KmPN =。顼上* = 40.48W ,按陈世坤书。i 门 0.63N长期运行P:=X PN短期运行P,.=守X Pn.预取线负荷A；= 11000A/m.预取气隙磁感应强度B&=0.55T预取计算极弧系数七=0.86 .预取长径比（L/D）入=2计算电枢内径Di136T= 了6.1 x

2、4.48= 1.37 x 10 - 2 m3 a Af B% 3 .8 乂 11000 x 0.55 x 2 x 10000根据计算电枢内径取电枢内径值D.广1.4 x 10 -2 m气隙长度5 =0.7x 10-3m电枢外径 D1 = 2.95 x 10-2 m10.极对数p=111.计算电枢铁芯长 L3D1 = 2x 1.4x 10-2 = 2.8x 10-2m根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L=2.8x10-2m12.兀D3.14 x 1.4 x 10 -2C m极足巨t = 2 n =：= 2.2 x 10-2 m13.输入永磁体轴向长Lm = L = 2.8 x 10 -2 m三.定子

3、结构1.齿数Z=62.齿距3.14 x 1.4 x 10 -26=0.733 x 10- 2 m槽形选择梯形口扇形槽，见下图。4.预估齿宽：b =席5- t B K0.733 x 10-2 x 0.551.43 x 0.96=0.294 x 10-2 mB可由设计者经验得1.43T, b.由工艺取0.295x 10-2m5.预估轭高:hj1t aB 2Kf B.2.2 x 0.8 x 0.552 x 0.96 x 1.56=0.323 x 10- 2 mB1可由设计者经验得1.53T,七1由工艺取0.325 x 10-2 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

4、中:定子冲片图槽口宽 M =槽 口 高 hg = 0. 05 X 1。m 槽肩高 队05X10-2m 槽 高 h. = 0,45X10-2m 齿 宽 说=0.295X10*m 电枢匏高如=O325X 102m气隙系数K井:侦+、）=1.135t（56 + b0i）-垢电枢铁心轭部沿磁路计算长度L = （Dii + 少 + 气x （1-兰）+ h = 2.064 x 10-2 mii2 p2 j1. 槽面积 S = 0.272 x 10-4 m2电枢铁芯材料确定（从数据库中读取）转了结构图电枢冲片材料DW540-50电枢冲片叠片系数K= 0.96Fe1电枢冲片材料密度P .1 = 7.75x 1

5、03 /m3电枢冲片比损耗ps (10/50) = 2.16W / kg转子结构转子结构类型:瓦片磁钢径向冲磁瓦片永磁体径向充磁结 构, 如属所示亡由于电机 转速较高，并工作在严重的振动冲击、高低温和有腐狡的环 境中，故永磁体外套 lCr18Ni9Ti不锈钢不导磁紫圈，其厚度0. 3mm已含在计 算气隙&=【)* 7mm内.即电机 实际工作气隙为0. 4mm,永磁体外径 D = D. 26 = 1.26 x 10-2 m 永磁体内径 D . = D - 2H = 0.86 x 10-2 m永磁体极弧系数七耸=0.8紧圈外经 D2= 1-32x 10-2m永磁材料磁化方向截面积S= a上叫 =0

6、.8 x 2.8 x 10-2 x 3.14x 1.26x 10-2 = 4 43 乂 10 4秫2 m 2 p2永磁材料的选取永磁体材料：钕铁硼剩磁B : 1.1T矫顽力H : 796 kA/m永磁体材料密度p :7.4g/cm3 mB 对应的磁通4 = B S = 4.87676 x 10-4Wb. H 对应的磁势 F = 2H (Dm Dmi) = 3200Acc c、2.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.转子磁轭等效宽度b = D 2 一 Di 2 = Dm Di 2 = 0.86 x 10-2 -0.2 x 10-2 =0.33 x i0-2m72222.

7、转子磁轭沿磁路方向长度瓦片L = b +兀(巳2 + i2)(1 -m-) = 0.83 x 10-2 mi 2j 24 p2五、磁路计算1.漏磁系数a = 1.2气隙磁通气=B& = 4.926B3 .空载电枢齿磁密B =033 310-2 tb Kf0.295 x 10-2 x 0.96空载电枢轭磁密Bj1空载转子轭磁密Bi 2圣=4 = 2.819 B 2h 注 KfL 2 x 0.325 x 0.96 x 2.8s里=L2 x 4.926B = 3.198B2b 2L 2 x 0.33 x 2.8 s气隙磁势F =1.6bK8 xl06 =1.6x0.07x10-2 xl.135x8

8、xlOe =0.1275 xlO TOC o 1-5 h z 55 555定子齿磁势E =2H h = 2x0.45x 10-2H = 0.9H x 10-2 Att ttt定子辄部磁势”=H L =2.064H x 10-2Aji顶1顶ij转子辄部磁势E =H L =0.83H x 10-2AJ2J2 J 2J 210 .总磁势 F = F + F + F + F5 t J1 j2总磁通 =1.2x4.9268 x 10-4WOm55空载特性曲线计算（见表）。空载特性曲线计算表T0,40, 450.50,556场=4. 926纹10-4WbL 97042.21672. 46302. 7053

9、2. 9556& = 2.585 乱TLO3381.1530 L2&23L4215L 5507鸟L 3. 198用T1.27941. 4皿1 5994I-7&521,9192丑町=8】9岛T1.12771, 587J.4097L55M1.6916耳A/mL S4S2.323. 165+lS11.49H遇A/m9.41219+6335.14即.59124 51&迁A/m2,1712. 964. 8811.4834.83Fjj-DH为 X1C4A508.6572一 2635. 7599. 3762.9眄=D.AL 6632.092. 429, 154, 675&9LS 34107. 5F讫=Ch

10、83/jX 10一*A7,811& 28F. = 2 g4Hj】XlT eA4-486.1110. 0523. 67&A522. 559”677. R784. 5952, &。皿=5. 91 IB.10皿2.36442. mo2. 95563.25123.546713空载工作点电机的空载特性的线和永磁体去磁曲线如图所不雨永磁体工作图1 事裁特性曲线;2一玺教宇性曲境2起动时特性仲线务=0,5895T空载气隙磁通空,载电枢齿磁感应强度 空载电枢辄密感应强度 空载KTffi磁感应强度 预取负载气隙磁通跖= 2.9039X 10TWb81. 5263T为=L 6620T8jw=L8865T此=2.8

11、9X1。)条曲线的交点即为空载工作点。空裁工作点的性能如下: 空载气隙磁感应强度（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，即第一节距七=1 =3（槽）每极每相槽数q = 二 =1 （m是相数；p为极对数）2pm故绕组系数Kw = 13预取空载转速：=12000/血4-每相绕组串联匝数%W = 7.5a U 乎 =80.24匝，AU为管子压降，取0.7V叫气0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n0r u U - 2AU48 - 2 X

12、0.7n = 7.5a = 7.5x0.8x= 11742r/min0 i pWQg01 x 82x 2.9039 x 10-48.sD + D )、计算绕组端部长度1 =1.2 罕 =1.2：2 i= 4.1 x 10-2 mb 2 p9.计算电枢绕组每匝平均长度Lav=2(L +1) = 13.8 x 10-2 m b10 预估导线截面积S =p =30= 0.07086 x 10-6 m 2cUjJ a 48 x 0.63 x 14 x 106 x 1式中J- = 14 x 106 A/m2为预取导线电流密度aa = 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

13、积S =空 = 0.066 X10 -6 m 2c 4导线最大截面积S= %a二=0.092 X10-6 m 2c max4导线直径d = 0.29 x 10 -3 md= 0.342 x 10-3 m12.槽满率计算公式选择4气max X 10-2 = 0.35兀-SS13.实际导线电流密度JaP , n= 15 x 106 A / m 2 Un S ap Nlp W /14.每相电枢绕组电阻r= （20） av X 10-6 = （20）叔av = 3。a202ma 2 Sa 2 Scc式中p(20)= 0.0157(Q.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

14、作温度电阻七=ra20 1 + (t - 20) x p = 3.65。式中pt = 0.00395为导线的电阻温度系数电枢反应计算1.起动电流/广U = 7.77Aat起动时每极直轴电枢反应最大值Fdm =匕K广276A额定工作时的反电动势C = 1|a nN = 39.5Vi额定工作时电枢电流T U - 2AU - E2ratI =:= 0.97 Aa3一5-额定工作时最大直轴去磁磁势七广3匕=34A负载工作点：根据七如和F血，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休去磁曲线如图所示，永磁体作图1

15、 一空载特性曲线奇一也载符性曲绕,3起动时苹性曲凯负载气隙磁感应强度外=0.5872T负载气隙磁通& = 2.8925 x 10 -4 Wb负载电枢齿磁感应强度B =1.5176T t负载电枢轭磁感应强度Bj =1.6555T额定工作时电磁转矩T = 立W。I = 0.0366N.mem 丸a ai起动电磁转矩T广C*I = 0.293N.m性能计算1.电枢铜损 pC = 2/2 r = 6.87W电枢铁损 p = K p(10/50)(f )i.3(B2G + B2 G ) = 4.11WFe a50 t tj1 j1式中K铁损工艺系数，取K = 26八定子轭重G =里D2 - (D - 2h)2Lx 10-3 = 0.05816kgj1411j1G定子齿重G = p bhZL x 10-3 = 0.0173kg轴承摩擦损耗 p = K G n x 10-3 = 1.05WKmp=3, Gp为磁钢重转子轭重转轴重传感器转子重的和(七=3为默认情况,可让用户自己指定)G = G + G + G = 0.035kg风损 p= 2D 3 n 3 L x 10 -6 = 0.13Wmpb2 N