无刷直流永磁电动机设计实例.主要技术指标1. 额定功率：P N=30W2. 额定电压：U N =48V，直流3. 额定电流：l N：：：1A3. 额定转速：n N =10000r/min4. 工作状态：短期运行5. 设计方式：按方波设计6. 外形尺寸：0.036 0.065m•主要尺寸的确定1. 预取效率—-0.63、2. 计算功率p直流电动机P' - =0.85 30-40.48W ,按陈世坤书n N 0.63长期运行P u丄丄P N3叩短期运行P -・丄P N4们3. 预取线负荷A =11000A/m4•预取气隙磁感应强度B§=0.55T5. 预取计算极弧系数:-=0.86. 预取长径比（L/D）入’=27 •计算电枢内径根据计算电枢内径取电枢内径值 。

衬=1.4 10 ° m 8. 气隙长度：=0.7 10 "m 9. 电枢外径 D j =2.95 10，m 10. 极对数p=111. 计算电枢铁芯长 L 、，D i1=2 1.4 10^ =2.8 10^m根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长 L= 2.8 10^m 2■ Di13.14 1.4 10T = ---------------------------------- =2p213.输入永磁体轴向长Lm =L =2.8 10，m•定子结构1. 齿数 Z=62. 齿距 3"「4 10J .733 10%3. 槽形选择梯形口扇形槽, 见下图。

4. 预估齿宽：b t =d 』733汩 °.557294 10讣,B t 可由 1.43 0.96BZ 5. 设计者经验得 1.43T , b t 由工艺取 0.295 10'm 预估轭高：h j1礙 22 0.8 O.55= O .323 10，m2IB j1K Fe2K Fe B j12 0.96 1.56B j1可由设计者经验得1.53T , h j1由工艺取0.325 10'm根据齿宽和轭高作出下图，得到具体槽形尺寸6.1P 「6.1 40.48‘■： •工 i A s B/ n N310.8 11000 0.55 2 10000 = 1.37 10-m12.极距__2= 2.2 10 m3槽形尺寸定子冲片图如图所示“其中:定子冲片图槽口宽*o；=0+2X10-2m槽口高0. 05 X 10槽肩高A K I-0, 05X10-2m 槽高A T = 0< 45X10_?m齿宽6t = 0t 295X 10 2m 电枢辄高如=0. 325 X10~2m6. 气隙系数K 空如匚=1.135t(56 +t bi^b oi7 •电枢铁心轭部沿磁路计算长度兀Qi+2ht+hjj % 「/L ii (1 -) h ji= 2.064 10 mp8 . 槽面积S = 0.272 IO’m2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K Fei =0.96电枢冲片材料密度讣=7.75 i03/m3电枢冲片比损耗P s (10/50) =2.16W/kg四. 转子结构1. 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，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 1C48Ni9Ti 不锈钢不导磁紧 圈，其厚度(X 3mm 已含在计 算气隙8=0* 7mm 内，即电机 实际工作气隙为6 4mm 02. 永磁体外径 D m 二 -2： =1.26 10 ° m3. 永磁体内径 D mi 二 D m -2H m =0.86 10，m4. 永磁体极弧系数：\=0.85. 紧圈外经D=1.32 10，m6. 永磁材料磁化方向截面积7. 永磁材料的选取永磁体材料：钕铁硼 剩磁 B r : 1.1T 矫顽力 H c : 796 kA/m 永磁体材料密度;?m :7.4g/cmS m =m Lm …Dm2p0.8 2.8 10’ 3.14 1.26 10’2= 4.43 10*m 2转子结构国i-- ----------------------8. B r 对应的磁通 r = B r S m =4.87676 10~WbD - D9. H e 对应的磁势 F c=2H c （- 巴）=3200A210. 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 11. 转子磁轭等效宽度2 2D 「D i2」5 6 7 8 9610-。

2 10=033 10务2 212 .转子磁轭沿磁路方向长度［瓦片］(D e2Di2)mi 2L j2 二 b j2(1) = 0.83 10 m 4p2五、磁路计算1. 漏磁系数厂-1.22. 气隙磁通 G 二 B 、； j L ^4.926B①呈4 926B-4. 空载电枢轭磁密 B j1-------------2.819B2h j1K Fe L 2汉 0..325汉 0.96汉 2.8°5 空载转子轭磁密B j21.2 4.926B3.198B.j2b j2L2汉0.33沃2.8 °6 气隙磁势F 、. =16K 、.B 、. 106 = 1.6 0.07 10° 1.135 B- 106 = 0.127B 、. 104A7 定子齿磁势 F t =2H t h t = 2 0.45 10 ^H t =0.9H t 10,A8 定子轭部磁势 F j_, =Hj 丄=2.064H j 10^A 9 转子轭部磁势 F j2 二 H j2L j2 =0.83H j2 10^ A 10 总磁势 v F 二 F- F t F j1 - F j2 11. 总磁通：：」m =；「：l. =1.2 4.926B 、10 4Wbb j2D e2 - D i223.空载电枢齿磁密 B tB t B 0.733 10, bg 一 0.295 10，0.96二 2.588B12. 空载特性曲线计算（见表）空载特性曲线讨算麦13空载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F 旺O永磁体工作图1 一空载持性曲线必一负载挣性由线卡3—起动时粹性曲线。

条曲线的交点即为空载工作点.空载工作点的性能如下（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1. 绕组形式及电子开关形式：两相导通星形三相六状态 2. 绕组系数采用单层集中整距绕组，即 第一节距y ,-3（槽）每极每相槽数q 二一乙=1 （m 是相数；p 为极对数）2pm故绕组系数K w =13. 预取空载转速n 0 =12000r/min4. 每相绕组串联匝数WW -7.5 ,U~2U=80.24匝，U 为管子压降，取 0.7Vpn %取W . = 82匝5. 电枢总导体数N =2mW = 492根6. 实际每槽导体数2=N/Z=82根7. 实际空载转速n 。

空载气隙磁感应强度 空载气隙磁通 空.载电枢齿磁感应强度 空载电枢辄磁感应强度 空载转子辄磁感应强度 预取负载气隙磁通= 5895T4 = 2、9O39X1O"+WbB t = l, 5263T Bn-1. 6620T禺=1 ■關65T=89X1O^+Wb。

衬 + D!) F D 兀( )8. 计算绕组端部长度l b =1.2^ 的=1.2 ------------------- 2 ------- =4.1x10，m2p2p9. 计算电枢绕组每匝平均长度L av =2(L+l b ) =13.8x10，m 10. 预估导线截面积S cP N3060.07086 10-7m 2U N J a a 48 0.63 14 101式中J a =14 106A/m 2为预取导线电流密度 a 二1为每相绕组支路数 11. 导线选取式中「（20）=0.0157C 「mm 2/m ）为导线的电阻率 设电机绕组的工作温度t 为75°C ，则7 2= 0.092 10 m4选择F 级绝缘导线 QZY-2 导线计算截面积 S c 2■dc0.066 10“m 24导线最大截面积 S c max导线直径d c =0.29 10'mdc max-0.342 10」m12. 槽满率计算公式选择K s4NsScmax10, =0.35 SS13. 实际导线电流密度 J aP NU N S c a6 2=15 10 A/m14. 每相电枢绕组电阻ra20(20)Nlav10上2ma 2S c：\20)W ；J av pi 」 a 2S c—U —2AU n 0=7.5二 i=7.5 0.848 _2x 0.7 1 82 2.9039 10"=11742r / min导线工作温度电阻 咕 论口 （t-20） pj=3.65「 式中p t = 0.00395为导线的电阻温度系数C en N = 39.5V15〉i “6.负载工作点:根据F sdm 和F adm ，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体去磁曲线如图所示。

永磁体工作图1 一空義特性曲球泊一负载持性曲线门一起动时特性曲纵七. 电枢反应计算1. 起动电流 l st =U_2 U= 7.77A st2r at2. 起动时每极直轴电枢反应最大值 F sdm 二-y I st WK w 二276A3. 额定工作时的反电动势4. 额定工作时电枢电流I a 」BU-E =0.97A2r at5. 额定工作时最大直轴去磁磁势F admjaWK "34AF F.O负载气隙磁感应强度B、.. =0.5872T负载气隙磁通门=2.8925 10*Wb负载电枢齿磁感应强度B t=1.5176T负载电枢轭磁感应强度B j=1.6555T7. 额定工作时电磁转矩T em 」a = 0.0366Nmi■■■8. 起动电磁转矩Tst =C T*H看1 st = 0.293N.m八.性能计算1. 电枢铜损Pg =2l alat =6.87W2. 电枢铁损p Fe 二K a p(10/50)(f)1.3(B2G t B：1G j1)=4.11W式中K a------铁损工艺系数,取Ka =2G jr ------定子轭重G j1's 二 2二亠[D1 -(D142 _3-2h j1)]L 10 = 0.05816kgG t--- 定子齿重Gt is b th t ZL 10’-0.0173kg3. 轴承摩擦损耗P mpn =K mp G p n” 10 - 1.05WKmp=3,G p为磁钢重转子轭重转轴重传感器转子重的和（K mp =3为默认情况,可让用户自己指定）G p =G m G g G r = 0.035kg4. 风损P mpb =2D；n N L 10^=0.13W5. 机械损耗和铁损p—P Fe • P mpn • P mpb =5.29W6. 考虑到附加损耗后的机械损耗和铁损p = 1.3p = 6.877W （系数可选）7. 开关管损耗p •.. = 21 a，：丄U = 1.358W8. 电机总损耗p Cu p p ..,=15.1W9. 输入功率P二卩“匚=46.56W10. 输出功率P N= P —送p=31.46W11 效率也x100% =67.57%P12. 摩擦转距T0 =9^6p = 0.00657N.mnN13. 额定输出转距T2 二T em -T。