無刷直流永磁電動機(jī)設(shè)計(jì)流程和實(shí)例

1、無刷直流永磁電動機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例一.主要技術(shù)指標(biāo)額定功率：P30WN額定電壓：U48V，直流N3.額定電流：I1AN額定轉(zhuǎn)速：n10000r/minN工作狀態(tài)：短期運(yùn)行設(shè)計(jì)方式：按方波設(shè)計(jì)外形尺寸：0.036,0.065m主要尺寸的確定預(yù)取效率耳=0.63、計(jì)算功率Pi直流電動機(jī)P=mn=40.48W,按陳世坤書。TOC o 1-5 h zi0.63N長期運(yùn)行P=上羊，PNi3n短期運(yùn)行P=竺1，PN14N3預(yù)取線負(fù)荷A=11000A/ms4預(yù)取氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.55T8預(yù)取計(jì)算極弧系數(shù)a=0.8i預(yù)取長徑比（L/D）入=27計(jì)算電樞內(nèi)徑Di16.1Di16.1PiABnis8N6.1x40.4

2、80.8x11000 x0.55x2x10000，1.37x10-2m根據(jù)計(jì)算電樞內(nèi)徑取電樞內(nèi)徑值D，1.4x10-2mi18.氣隙長度8，0.7x10-3m電樞外徑D，2.95x10-2m1極對數(shù)p=111.計(jì)算電樞鐵芯長L，D，2x1.4x10-2，2.8x10-2mi1根據(jù)計(jì)算電樞鐵芯長取電樞鐵芯長L二2.8x10-2m12.極距，2.2x10-2m兀D12.極距，2.2x10-2mT，i1，2p213.輸入永磁體軸向長L，L，2.8x10-2mm定子結(jié)構(gòu)1.齒數(shù)Z=62.齒距3.14x2.齒距3.14x1.4x10-26，0.733x10-2m槽形選擇梯形口扇形槽，見下圖。4.tB0.

3、733x10-2x0.554.預(yù)估齒寬：b，8，0.294x10-2m，B可由tBK1.43x0.96ttFe設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)得1.43T，b由工藝取0.295x10-2mt5.預(yù)估軛高：,TaBh，8i8j12lBK2KBj1FeFej12.2x0.8x0.552x0.96x1.56，0.323x10-2mB可由設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)得1.53T,h由工藝取0.325x10-2mj1j1根據(jù)齒寬和軛高作出下圖,得到具體槽形尺寸槽形尺寸定子沖片圖如圖所示。其中定子沖片圖槽口寬=2X10-2m槽口高Adi0.05X103tn槽肩高也=0.05X10-2m槽高At=0-45X10_2m齒寬6t=0t295X10_3

4、m電樞輒高碌=0.325X10_2m6.氣隙系數(shù)K=oi)1.1356t(56,b)-b201017電樞鐵心軛部沿磁路計(jì)算長度兀(D+2h+h)Li1tj1(1一i)+h2.06410-2mi12p2j18.槽面積S0.27210-4m2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)K0.96Fe1電樞沖片材料密度P7.75103/m3j1電樞沖片比損耗p(10/50)2.16W/kgs四.轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)類型:瓦片磁鋼徑向沖磁瓦片永厳體徑向充離結(jié)構(gòu)，一如圖所示。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速較高并工作在嚴(yán)重的振動、沖擊、高低溫和有腐蝕的環(huán)境中，故永磁體外套lCr18Ni9Ti不

5、銹鋼不導(dǎo)磁緊圈，其厚度山3mm已含在計(jì)算氣隙8=0+7mm內(nèi)，即電機(jī)實(shí)際工作氣隙為64mmDD3轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖2.永磁體外徑D二D-281.26,10-2mmi1D3轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖3.永磁體內(nèi)徑DD2H二0.86,10-2mmimm永磁體極弧系數(shù)0.8m緊圈外經(jīng)。=1.32,10-2m2永磁材料磁化方向截面積LD0.8,2.8,10-2,3.14,1.26,10-2mmmm2p24.434.43,10-4m2永磁體材料：釹鐵硼剩磁B：1.1Tr矯頑力H：796kA/mc永磁體材料密度p:7.4g/cm3mB對應(yīng)的磁通，BS，4.87676x10一4WbrrrmDDH對應(yīng)的磁勢F，2Hjmi.），320

6、0Accc2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號鋼轉(zhuǎn)子磁軛等效寬度7DDDD0.86x10亠0.2x10亠門”“b，e2i2，mii2，0.33X102mTOC o 1-5 h zj2222轉(zhuǎn)子磁軛沿磁路方向長度瓦片,兀（D+D）aL，b+e2i2（1mi），0.83x10-2mj2j24p2五、磁路計(jì)算漏磁系數(shù)G，1.2氣隙磁通，BaXL，4.926B66iSBtBx0.733x10-2空載電樞齒磁密B，6，6，2.588BtbK0.295x10-2x0.966tFe空載電樞軛磁密B，2，4.926B6，2.819Bj12hKL2x0.325x0.96x2.86j1Fe

7、空載轉(zhuǎn)子軛磁密B，忖，1.2x4.926B6,3.198Bj22bL2x0.33x2.86j2氣隙磁勢F，1.66KBx106，1.6x0.07x10-2x1.135xBx106，0.127Bx104A66666定子齒磁勢F，2Hh，2x0.45x10-2H，0.9Hx10-2ATOC o 1-5 h zttttt定子軛部磁勢F，HL，2.064Hx10-2Aj1j1j1j轉(zhuǎn)子軛部磁勢F，HL，0.83Hx10-2Aj2j2j2j2總磁勢工F，F(xiàn)+F+F+F6tj1j2總磁通，1.2x4.926Bx10-4Wbm6612.空載特性曲線計(jì)算（見表）?？詹锰匦郧€計(jì)算表T1X4Q,450.50,5

8、5(h$嗚=4”9貓色10-4Wb1皿042.2167?,46302.70532.9556-St=2585盡TLO3381,1S30L&i3L42151h5507B=3.1昶馬TLZ7941.4194L硼41-76521.9192嗎i=2E】9RtTL12771.25871-4097L.55C?LS916A/m1.S482.323.165,19ll+49A/m91219+fi335.14甜.12&.61A/m2.1713.964.冊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巧產(chǎn)2M4HjX107A4-486*11lfl,0523.677LfiS/A523.55張7677.fi784.6952.&=5.91153io-twb2.36442.eoo2.95553.25123.546713空載工作點(diǎn)電機(jī)的空載特性曲線和永磁體去磁曲線如圖所示。兩FEO永磯f*工作圖1一空栽特性曲戟沱一負(fù)載粹性曲線山一起動時(shí)特性曲線條曲線的交點(diǎn)即為空載工作為.空載工作點(diǎn)的性能如下:空載冗隙磯感燉強(qiáng)度二0.5895T空載氣隙感通空載電樞齒磁感應(yīng)強(qiáng)度空載電樞梔磁感應(yīng)強(qiáng)度空載轉(zhuǎn)下輒磁感應(yīng)強(qiáng)度預(yù)取負(fù)載氣隙磁通空載氣隙感通空

10、載電樞齒磁感應(yīng)強(qiáng)度空載電樞梔磁感應(yīng)強(qiáng)度空載轉(zhuǎn)下輒磁感應(yīng)強(qiáng)度預(yù)取負(fù)載氣隙磁通-2.9039X10-4WbB=l.5263T昂76620Tj2=1.8865T4-2.89X10-4Wb（因?yàn)楸砻娲配撚来烹姍C(jī)電動機(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)繞組系數(shù)采用單層集中整距繞組，即第一節(jié)距yi3（槽）Z每極每相槽數(shù)q1（m是相數(shù)；P為極對數(shù)）2pm故繞組系數(shù)K1w3.預(yù)取空載轉(zhuǎn)速n，3.預(yù)取空載轉(zhuǎn)速n，12000r/min04.每相繞組串聯(lián)匝數(shù)叫W，7.5aU2U80.24匝,U為管子壓降，取0.7Vi0巴0取W82匝0電樞總導(dǎo)體數(shù)N2mW4

11、92根0實(shí)際每槽導(dǎo)體數(shù)N=N/Z=82根s實(shí)際空載轉(zhuǎn)速n008.08.14.14.7.5aU2UipWeo7.5x0.8x482x0.71x82x2.9039x10，411742r/min計(jì)算繞組端部長度lb仃(D+D)兀(ii)1.2叱1.2-“2p4.1x10-2m9.計(jì)算電樞繞組每匝平均長度L2(L+1)13.8x10，2mavb10預(yù)估導(dǎo)線截面積P30S=-N=0.07086x10，6m2cUJa48x0.63x14x106x1Na式中J14x106A/m2為預(yù)取導(dǎo)線電流密度aa1為每相繞組支路數(shù)11.導(dǎo)線選取選擇F級絕緣導(dǎo)線QZY-2兀d2導(dǎo)線計(jì)算截面積S_c0.066x10-6m2

12、c4,兀d2導(dǎo)線最大截面積Scmax-0.092x10-6m2cmax4導(dǎo)線直徑d0.29x10-3mcd0.342x10-3m12.13cmax槽滿率計(jì)算公式選擇4NSscmax兀SSx10，20.35實(shí)際導(dǎo)線電流密度/=n15x106A/m2aU、SaNcpNlpWl每相電樞繞組電阻rax10-6里皿30a202ma2Sa2S式中p0.0157(0mm2/m)為導(dǎo)線的電阻率(20)設(shè)電機(jī)繞組的工作溫度t為750C，則導(dǎo)線工作溫度電阻r二r1(t-20),p二3.65ata20t式中p二0.00395為導(dǎo)線的電阻溫度系數(shù)t七電樞反應(yīng)計(jì)算1.起動電流I=U=7.77Ast2rat3起動時(shí)每極直

13、軸電樞反應(yīng)最大值F二IWK二276Asdm4stw額定工作時(shí)的反電動勢C二2PW0n二39.5Ve15a0sN4.額定工作時(shí)電樞電流二U4.額定工作時(shí)電樞電流二U-2U-J0.97Aa2rat5.額定工作時(shí)最大直軸去磁磁勢F二3IWK二345.額定工作時(shí)最大直軸去磁磁勢adm4a0W負(fù)載工作點(diǎn)：根據(jù)F和F，可在空載永磁體工作圖上作出負(fù)載和起動時(shí)的特性sdmadm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):電機(jī)的工作特性曲線和永磁體去磁曲線如圖所示。永磁體工件圖1一空載蒔性曲線浮一甕載特性曲線川一起動時(shí)特性曲線。永磁體工件圖1一空載蒔性曲線浮一甕載特性曲線川一起動時(shí)特性曲線。

14、負(fù)載氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5872T8負(fù)載氣隙磁通2.8925x10，4Wb8負(fù)載電樞齒磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.5176Tt負(fù)載電樞軛磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.6555Tj額定工作時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩T絲WI0.0366N.memi起動電磁轉(zhuǎn)矩TCI0.293N.mstT8st八.性能計(jì)算電樞銅損p212r6.87WCuaatFea50ttj1j1式中K-鐵損工藝系數(shù)，取K2aaG定子軛重j1Fea50ttj1j1式中K-鐵損工藝系數(shù)，取K2aaG定子軛重j1p兀GD2-(D-2h)2Lx10,30.05816kgj1411j1G定子齒重tGpbhZLx10,30.0173kgtstt軸承摩擦損耗pKGnx10,31.05WmpnmppNKmp=3,G為磁鋼重轉(zhuǎn)子軛重轉(zhuǎn)軸重傳感器轉(zhuǎn)子重的和p(K3為默認(rèn)情況,可讓用戶自己指定)mpGG+G+G0.035kgpmgr風(fēng)損p2D3n3Lx