無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程和實(shí)例

1、.無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例一 . 主要技術(shù)指標(biāo)1. 額定功率： PN 30W2.額定電壓： U N48V ，直流3.額定電流： I N1A3.額定轉(zhuǎn)速： nN10000r / min4. 工作狀態(tài)：短期運(yùn)行5. 設(shè)計(jì)方式：按方波設(shè)計(jì)6. 外形尺寸： 0.036 0.065m二主要尺寸的確定1.預(yù)取效率0.63 、2.計(jì)算功率 Pi直流電動(dòng)機(jī)Pi 'K m PN0.85 3040.48W ，按世坤書。N0.63長期運(yùn)行12PNP i3短期運(yùn)行13PNP i43 預(yù)取線負(fù)荷 As'11000A / m4 預(yù)取氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度B '0.55T5. 預(yù)取計(jì)算極弧系數(shù) i 0.8

2、6 預(yù)取長徑比（ L/D） =2.c.7計(jì)算電樞徑6.1Pi36.140.482Di 1 31.3710 mnN0.8i AsB11000 0.55 2 10000根據(jù)計(jì)算電樞徑取電樞徑值D i1 1.410 2 m8. 氣隙長度0.7 10 3 m9. 電樞外徑 D1 2.95 10 2 m10. 極對數(shù) p=111.計(jì)算電樞鐵芯長 LD i 12 1.410 22.8 10 2 m根據(jù)計(jì)算電樞鐵芯長取電樞鐵芯長L= 2.8 10 2 m12.極距Di13.14 1.410 22.210 2 m2 p213. 輸入永磁體軸向長 L m L 2.8 10 2 m三定子結(jié)構(gòu)1. 齒數(shù) Z=62.

3、 齒距 tD i13.14 1.4 10 20.733 10 2 mz63. 槽形選擇梯形口扇形槽，見下圖。4.預(yù)估齒寬 :bttB0.73310 20.550.294102m， Bt 可由Bt K Fe1.43 0.96設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)得1.43T ， bt 由工藝取 0.295102 m5.預(yù)估軛高:hj 1ai B2.20.80.550.323 10 2 m2lB j1 K Fe2K Fe B j12 0.96 1.56B j 1 可由設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)得1.53T ， h j1 由工藝取 0.32510 2 m根據(jù)齒寬和軛高作出下圖，得到具體槽形尺寸.c.6. 氣隙系數(shù)t(5b01 )1.135Kb

4、01 ) b012t (57電樞鐵心軛部沿磁路計(jì)算長度(D i 1 2hth j1 )i ) h j1 2.064 10 2 mLi1(12 p28 槽面積 S 0.272 10 4 m2電樞鐵芯材料確定 ( 從數(shù)據(jù)庫中讀取 )電樞沖片材料 DW540-50電樞沖片疊片系數(shù)K Fe10.96電樞沖片材料密度j17.75 103 / m3.c.電樞沖片比損耗ps (10 / 50)2.16W / kg四 . 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1. 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)類型 : 瓦片磁鋼徑向沖磁2.永磁體外徑 D mD i121.2610 2 m3.永磁體徑 D miD m2H m0.8610 2 m4. 永磁體極弧系數(shù) m 0.85

5、. 緊圈外經(jīng) D2=1.32 10 2 m6. 永磁材料磁化方向截面積SmmLm D m0.8 2.8 10 23.14 1.26 10 24.43 10 4 m 22 p27. 永磁材料的選取永磁體材料：釹鐵硼剩磁 Br ：1.1T矯頑力 H c ：796 kA/m永磁體材料密度m :7.4g/cm 3.c.8. Br 對應(yīng)的磁通 rBr Sm 4.8767610 4 Wb9 H c 對應(yīng)的磁勢 Fc2H c ( D mD mi )3200 A210 轉(zhuǎn)子軛材料選擇由于轉(zhuǎn)子較細(xì)，故轉(zhuǎn)軸、磁軛為一體，選用10 號(hào)鋼11轉(zhuǎn)子磁軛等效寬度D e 2 D i 2D mi D i 20.86 10 2

6、0.2 102102mb j 2220.33212轉(zhuǎn)子磁軛沿磁路方向長度 瓦片 L j 2b j 2(D e 2D i 2 ) (1mi ) 0.83 10 2 m4 p2五、磁路計(jì)算1.漏磁系數(shù)1.22.氣隙磁通B i L4.926B3空載電樞齒磁密BtB tB0.73310 22.588B0.295 10 20.96bt K Fe4.空載電樞軛磁密 B j14.926B2.819B2h j1 K Fe L2 0.325 0.96 2.85.空載轉(zhuǎn)子軛磁密B j 21.24.926B3.198B2bj 2 L20.33 2.86.氣隙磁勢F1.6K B10 61.60.0710 21.135

7、B 1060.127B 104 A7.定子齒磁勢 Ft2H t ht20.4510 2 H t0.9H t10 2A8. 定子軛部磁勢 F9. 轉(zhuǎn)子軛部磁勢 Fj1H j1L j12.064Hj 2H j 2 L j 20.83Hj 10 2Aj 210 2 A10 總磁勢F F FtF j1F j 211. 總磁通 m1.24.926B 10 4 Wb.c.12. 空載特性曲線計(jì)算（見表） 。.c.（因?yàn)楸砻娲配撚来烹姍C(jī)電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)氣隙的合成磁場與空載時(shí)差不多。）六電路計(jì)算1. 繞組形式及電子開關(guān)形式：兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)2. 繞組系數(shù)采用單層集中整距繞組，即第一節(jié)距 y13(槽)每極每相

8、槽數(shù) qZ1（ m是相數(shù)； p 為極對數(shù)）2pm故繞組系數(shù) K w13. 預(yù)取空載轉(zhuǎn)速 n012000r / min4. 每相繞組串聯(lián)匝數(shù) WW 7.5U2 U匝，為管子壓降，取0.7Vi80.24Upn00取 W82匝5. 電樞總導(dǎo)體數(shù) N 2mW 492根6. 實(shí)際每槽導(dǎo)體數(shù) Ns=N/Z=82 根7. 實(shí)際空載轉(zhuǎn)速 n0.c.U 2U482 0.7n07.5 i pW07.5 0.8182 2.903910 411742r/ minDav( Di1D1 )8.計(jì)算繞組端部長度 l b1.224.1102m1.22 p2 p9.計(jì)算電樞繞組每匝平均長度 Lav2( Ll b )13.810

9、 2 m10 預(yù)估導(dǎo)線截面積ScPN300.07086 10 6 m 2U NJ a a48 0.63 14 1061式中 J a'1410 6 A / m2 為預(yù)取導(dǎo)線電流密度a 1為每相繞組支路數(shù)11. 導(dǎo)線選取選擇 F 級(jí)絕緣導(dǎo)線 QZY-22導(dǎo)線計(jì)算截面積 Scd c0.06610 6 m 242導(dǎo)線最大截面積 Sc maxdc max0.09210 6 m24導(dǎo)線直徑dc0.2910 3 mdc max0.342 10 3 m12.槽滿率計(jì)算公式選擇K s4N s Scmax10 20.35SS13.實(shí)際導(dǎo)線電流密度 J aU NPN15 106 A / m2' Sc

10、 a14.每相電樞繞組電阻 ra 20(20) Nl av10 6( 20)W l av32ma2 Sa 2 Scc式中( 20)0.0157(mm2/) 為導(dǎo)線的電阻率m設(shè)電機(jī)繞組的工作溫度t 為 75 0C ，則.c.導(dǎo)線工作溫度電阻ratr a20 1(t20)pt 3.65式中 pt0.00395 為導(dǎo)線的電阻溫度系數(shù)七電樞反應(yīng)計(jì)算1.起動(dòng)電流U2 UI st7.77A2rat2.起動(dòng)時(shí)每極直軸電樞反應(yīng)最大值 Fsdm3 I stW K w 276 A43. 額定工作時(shí)的反電動(dòng)勢2 pW' nNVCe39.515i4. 額定工作時(shí)電樞電流U 2 UEI a0.97 A2rat5

11、.額定工作時(shí)最大直軸去磁磁勢Fadm3 I aW K W 34 A46. 負(fù)載工作點(diǎn)：根據(jù) Fsdm 和 Fadm ，可在空載永磁體工作圖上作出負(fù)載和起動(dòng)時(shí)的特性曲線 2、3，求負(fù)載特性曲線與永磁體去磁曲線的交點(diǎn)， 得負(fù)載工作點(diǎn)：.c.負(fù)載氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5872T負(fù)載氣隙磁通2.8925 10 4Wb負(fù)載電樞齒磁感應(yīng)強(qiáng)度Bt =1.5176T負(fù)載電樞軛磁感應(yīng)強(qiáng)度B j =1.6555T7.額定工作時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩 Tem4 p W I a 0.0366 N .mi8.起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩 Tst CTI st 0.293N .m八 .性能計(jì)算1.電樞銅損 pCu2I a2r at6.87W2.電樞鐵損

12、pFeK ap(10/ 50)(f1. 3(B2 GtB2 GW)tj1 j 1 )4.1150式中 K a - 鐵損工藝系數(shù)，取K a2G j 1 - 定子軛重G j1s D12( D12h j1 )2 L10 30.05816kg4Gt - 定子齒重G tsbt ht ZL10 30.0173kg3.軸承摩擦損耗 pmpnKmpGpn103WN1.05Kmp=3,G p 為磁鋼重 轉(zhuǎn)子軛重 轉(zhuǎn)軸重 傳感器轉(zhuǎn)子重的和(K mp 3 為默認(rèn)情況 , 可讓用戶自己指定 )G pG mG gG r0.035kg4.風(fēng)損 pmpb2D3 n3 L106W2 N0.135.機(jī)械損耗和鐵損 ppFepmpnpmpb5.29W6.考慮到附加