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一.主要技术指标额定功率：P30WN额定电压：U48V，直流N3.额定电流：I1AN额定转速：n10000r/minN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耳=0.63、计算功率Pi直流电动机P=mn=40.48W,按陈世坤书。TOC o 1-5 h zi0.63N长期运行P=上羊，PNi3n短期运行P=竺1，PN14N3预取线负荷A=11000A/ms4预取气隙磁感应强度B=0.55T8预取计算极弧系数a=0.8i预取长径比（L/D）入=27计算电枢内径Di16.1Di16.1PiABnis8N6.1x40.4

2、80.8x11000 x0.55x2x10000，1.37x10-2m根据计算电枢内径取电枢内径值D，1.4x10-2mi18.气隙长度8，0.7x10-3m电枢外径D，2.95x10-2m1极对数p=111.计算电枢铁芯长L，D，2x1.4x10-2，2.8x10-2mi1根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L二2.8x10-2m12.极距，2.2x10-2m兀D12.极距，2.2x10-2mT，i1，2p213.输入永磁体轴向长L，L，2.8x10-2mm定子结构1.齿数Z=62.齿距3.14x2.齿距3.14x1.4x10-26，0.733x10-2m槽形选择梯形口扇形槽，见下图。4.tB0.

3、733x10-2x0.554.预估齿宽：b，8，0.294x10-2m，B可由tBK1.43x0.96ttFe设计者经验得1.43T，b由工艺取0.295x10-2mt5.预估轭高：,TaBh，8i8j12lBK2KBj1FeFej12.2x0.8x0.552x0.96x1.56，0.323x10-2mB可由设计者经验得1.53T,h由工艺取0.325x10-2mj1j1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=2X10-2m槽口高Adi0.05X103tn槽肩高也=0.05X10-2m槽高At=0-45X10_2m齿宽6t=0t295X10_3

4、m电枢辄高碌=0.325X10_2m6.气隙系数K=oi)1.1356t(56,b)-b201017电枢铁心轭部沿磁路计算长度兀(D+2h+h)Li1tj1(1一i)+h2.06410-2mi12p2j18.槽面积S0.27210-4m2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K0.96Fe1电枢冲片材料密度P7.75103/m3j1电枢冲片比损耗p(10/50)2.16W/kgs四.转子结构转子结构类型:瓦片磁钢径向冲磁瓦片永厳体径向充離结构，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lCr18Ni9Ti不

5、锈钢不导磁紧圈，其厚度山3mm已含在计算气隙8=0+7mm内，即电机实际工作气隙为64mmDD3转子结构图2.永磁体外径D二D-281.26,10-2mmi1D3转子结构图3.永磁体内径DD2H二0.86,10-2mmimm永磁体极弧系数0.8m紧圈外经。=1.32,10-2m2永磁材料磁化方向截面积LD0.8,2.8,10-2,3.14,1.26,10-2mmmm2p24.434.43,10-4m2永磁体材料：钕铁硼剩磁B：1.1Tr矫顽力H：796kA/mc永磁体材料密度p:7.4g/cm3mB对应的磁通，BS，4.87676x10一4WbrrrmDDH对应的磁势F，2Hjmi.），320

6、0Accc2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7DDDD0.86x10亠0.2x10亠门”“b，e2i2，mii2，0.33X102mTOC o 1-5 h zj2222转子磁轭沿磁路方向长度瓦片,兀（D+D）aL，b+e2i2（1mi），0.83x10-2mj2j24p2五、磁路计算漏磁系数G，1.2气隙磁通，BaXL，4.926B66iSBtBx0.733x10-2空载电枢齿磁密B，6，6，2.588BtbK0.295x10-2x0.966tFe空载电枢轭磁密B，2，4.926B6，2.819Bj12hKL2x0.325x0.96x2.86j1Fe

7、空载转子轭磁密B，忖，1.2x4.926B6,3.198Bj22bL2x0.33x2.86j2气隙磁势F，1.66KBx106，1.6x0.07x10-2x1.135xBx106，0.127Bx104A66666定子齿磁势F，2Hh，2x0.45x10-2H，0.9Hx10-2ATOC o 1-5 h zttttt定子轭部磁势F，HL，2.064Hx10-2Aj1j1j1j转子轭部磁势F，HL，0.83Hx10-2Aj2j2j2j2总磁势工F，F+F+F+F6tj1j2总磁通，1.2x4.926Bx10-4Wbm6612.空载特性曲线计算（见表）。空裁特性曲线计算表T1X4Q,450.50,5

8、5(h$嗚=4”9貓色10-4Wb1皿042.2167?,46302.70532.9556-St=2585尽TLO3381,1S30L&i3L42151h5507B=3.1昶馬TLZ7941.4194L硼41-76521.9192吗i=2E】9RtTL12771.25871-4097L.55C?LS916A/m1.S482.323.165,19ll+49A/m91219+fi335.14甜.12&.61A/m2.1713.964.册11.48眩朋Fs=0.127BaXlCASOS.6572635.759P，3762,9Ft-0+9HcXlfl-A；I*6632.092.E44.67L0+34卩

9、毬=0.B5HjXtO-A7.SI16r2829,L55fi-9107.5巧产2M4HjX107A4-486*11lfl,0523.677LfiS/A523.55张7677.fi784.6952.&=5.91153io-twb2.36442.eoo2.95553.25123.546713空載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FEO永磯f*工作图1一空栽特性曲戟沱一负载粹性曲线山一起动时特性曲线条曲线的交点即为空载工作為.空载工作点的性能如下:空载冗隙磯感炖强度二0.5895T空载气隙感通空载电枢齿磁感应强度空载电枢梔磁感应强度空载转下辄磁感应强度预取负载气隙磁通空载气隙感通空

10、载电枢齿磁感应强度空载电枢梔磁感应强度空载转下辄磁感应强度预取负载气隙磁通-2.9039X10-4WbB=l.5263T昂76620Tj2=1.8865T4-2.89X10-4Wb（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。）六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）Z每极每相槽数q1（m是相数；P为极对数）2pm故绕组系数K1w3.预取空载转速n，3.预取空载转速n，12000r/min04.每相绕组串联匝数叫W，7.5aU2U80.24匝,U为管子压降，取0.7Vi0巴0取W82匝0电枢总导体数N2mW4

11、92根0实际每槽导体数N=N/Z=82根s实际空载转速n008.08.14.14.7.5aU2UipWeo7.5x0.8x482x0.71x82x2.9039x10，411742r/min计算绕组端部长度lb仃(D+D)兀(ii)1.2叱1.2-“2p4.1x10-2m9.计算电枢绕组每匝平均长度L2(L+1)13.8x10，2mavb10预估导线截面积P30S=-N=0.07086x10，6m2cUJa48x0.63x14x106x1Na式中J14x106A/m2为预取导线电流密度aa1为每相绕组支路数11.导线选取选择F级绝缘导线QZY-2兀d2导线计算截面积S_c0.066x10-6m2

12、c4,兀d2导线最大截面积Scmax-0.092x10-6m2cmax4导线直径d0.29x10-3mcd0.342x10-3m12.13cmax槽满率计算公式选择4NSscmax兀SSx10，20.35实际导线电流密度/=n15x106A/m2aU、SaNcpNlpWl每相电枢绕组电阻rax10-6里皿30a202ma2Sa2S式中p0.0157(0mm2/m)为导线的电阻率(20)设电机绕组的工作温度t为750C，则导线工作温度电阻r二r1(t-20),p二3.65ata20t式中p二0.00395为导线的电阻温度系数t七电枢反应计算1.起动电流I=U=7.77Ast2rat3起动时每极直

13、轴电枢反应最大值F二IWK二276Asdm4stw额定工作时的反电动势C二2PW0n二39.5Ve15a0sN4.额定工作时电枢电流二U4.额定工作时电枢电流二U-2U-J0.97Aa2rat5.额定工作时最大直轴去磁磁势F二3IWK二345.额定工作时最大直轴去磁磁势adm4a0W负载工作点：根据F和F，可在空载永磁体工作图上作出负载和起动时的特性sdmadm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如图所示。永磁体工件图1一空载蒔性曲线浮一甕载特性曲线川一起动时特性曲线。永磁体工件图1一空载蒔性曲线浮一甕载特性曲线川一起动时特性曲线。

14、负载气隙磁感应强度B0.5872T8负载气隙磁通2.8925x10，4Wb8负载电枢齿磁感应强度B=1.5176Tt负载电枢轭磁感应强度B=1.6555Tj额定工作时电磁转矩T丝WI0.0366N.memi起动电磁转矩TCI0.293N.mstT8st八.性能计算电枢铜损p212r6.87WCuaatFea50ttj1j1式中K-铁损工艺系数，取K2aaG定子轭重j1Fea50ttj1j1式中K-铁损工艺系数，取K2aaG定子轭重j1p兀GD2-(D-2h)2Lx10,30.05816kgj1411j1G定子齿重tGpbhZLx10,30.0173kgtstt轴承摩擦损耗pKGnx10,31.05WmpnmppNKmp=3,G为磁钢重转子轭重转轴重传感器转子重的和p(K3为默认情况,可让用户自己指定)mpGG+G+G0.035kgpmgr风损p2D3n3Lx