一种超低脉动无刷力矩电动机的设计
无刷电机制作方法
无刷电机制作方法
无刷电机制作方法一般如下：
1.确定设计要求：确定使用场景、机器设备规格、电机输出功率、感应器种类等。
2.确定电机类型：选择适合要求的无刷电机类型（如外转子式无刷电机、内转子式无刷电机）。
3.确定电机参数：电机参数包括电压、电流、功率、转速、负载等。
根据不同的使用场景和设备要求，确定电机的各项参数。
4.设计电机结构：根据电机类型和电机参数，设计电机结构，包括外框、转子、定子等。
5.制作电机芯片：制作电机芯片，采用粘合技术将定子、转子、磁铁等部分粘合在一起。
6.制作电机外壳：根据电机结构设计制作电机外壳。
7.安装电机传感器：在电机结构中安装电机传感器，连接电路板，完成电机电路的搭接。
8.调试和测试：调试电机工作效果，测试电机参数和性能。
9.封装和安装：将电机芯片和电机外壳封装，安装到相应的机器设备中，完成无刷电机的制作和安装。
《2024年考虑转矩脉动最小化的永磁无刷直流电机控制系统》范文
《考虑转矩脉动最小化的永磁无刷直流电机控制系统》篇一一、引言随着工业自动化和智能化的发展，对电机控制系统的性能要求越来越高。
其中，永磁无刷直流电机（BLDCM）以其高效率、高可靠性等优点被广泛应用于各种领域。
然而，转矩脉动是影响BLDCM性能的关键因素之一。
本文旨在研究如何通过优化控制策略，最小化永磁无刷直流电机的转矩脉动，从而提高电机性能和系统稳定性。
二、永磁无刷直流电机概述永磁无刷直流电机是一种以稀土永磁材料作为磁场源的电机。
它采用电子换向技术，无需机械换向器，具有高效率、高可靠性、低噪音等优点。
然而，由于电机内部复杂的电磁关系和换向过程的影响，BLDCM在运行过程中会产生转矩脉动。
三、转矩脉动产生的原因及影响转矩脉动主要由于电机的电磁关系和换向过程中的非理想因素引起。
具体原因包括：电子换向的误差、电机磁场的不均匀性、电流控制的非线性等。
转矩脉动会导致电机运行不稳定，产生振动和噪音，降低电机的使用寿命和系统性能。
四、转矩脉动最小化的控制策略为了减小BLDCM的转矩脉动，需要采用合适的控制策略。
本文提出以下几种控制策略：1. 优化电子换向策略：通过精确控制电子开关的开关时刻，减小换向过程中的误差，从而减小转矩脉动。
2. 磁场优化策略：通过优化电机的磁场分布，减小磁场的不均匀性，从而减小转矩脉动。
3. 电流控制策略：采用先进的电流控制算法，如空间矢量脉宽调制（SVPWM）等，实现电流的精确控制，减小电流控制的非线性引起的转矩脉动。
4. 智能控制策略：结合现代控制理论，如模糊控制、神经网络控制等，实现电机的智能控制，根据电机的运行状态实时调整控制参数，从而减小转矩脉动。
五、实验与结果分析为了验证上述控制策略的有效性，我们进行了实验研究。
实验结果表明，采用优化电子换向策略、磁场优化策略、电流控制策略和智能控制策略后，BLDCM的转矩脉动得到了显著减小。
具体来说，电机的运行稳定性得到了提高，振动和噪音明显降低，电机的使用寿命和系统性能得到了提高。
(完整版)无刷电机的设计最终版
9-10 直流无刷电机的设计9-10-1直流无刷电机的概述直流电机有无可伦比的优点，体积小，重量轻，结构简单，速度变化范围大，供源简单，移动方便，价格低廉，制造简单，工艺性好等等，是我国用量最大的一种电机。
但是直流电机由于换向的需要，因此必需要由电刷和换向器来换向。
由于换向器和电刷的作用，就给电机带来各种不良的影响，如噪声，电刷运行寿命，电机干扰和电机本身体积等问题。
直流电机最大的缺点是电机寿命远远不如交流电机，交流同步电机等等无刷电机。
交流电机，交流同步电机是交流供电的，由于用的是交流电源，在50HZ 的交流电源中，一对极的交流异步电机的同步理论转速是:m in /30001506060r p f n =⨯=⨯=，在交流同步电机中的同步转速也应该为m in /3000r ，如果把电源的频率调高或调低，则电机的工作转速也可以很高或者较低的。
但这个电机的供源是交流电，如果把直流电源通过电路的转换，变成可以交变的波形供给交流电机或交流同步电机，那么交流异步电机或交流同步电机也可以很好的转动起来的，这就是直流无刷电机的最直观的概念。
要把直流电转换成单相或三相交变电源，在上世纪中叶还是一个非常麻烦的事，那时只有电子真空管，体积很大，输出电流很小，那时台式收音机就有12英寸的电视机那么大，无法和现在手指那么大的MP3相比拟。
后来发明了半导体和相应的各种半导体技术使电子控制技术推向了一个新纪元。
各种电源逆变，分配技术，换相技术的相继出现，许多高性能，高功率的半导体器件的研制成功，从而使电机领域出现了机电一体化的步进电机，直流无刷电机，并迅速在各个领域得到了广泛的应用。
当出现了永磁直流无刷电机后，就体现了它强大的生命力，永磁直流无刷电机有许多优点，如干扰小，(电路部分有一定的电磁干扰的)，运行寿命长，调速性能好，控制方法多，输出力矩大，过载能力强，调速范围宽，起动响应快，运行平稳，效率高等。
永磁无刷直流电机有许多交流异步电机，步进电机和直流电机不具备的优点。
超低转动惯量无刷力矩电动机电磁及结构设计
2019年第47卷第3期D设计分析esign and analysis 钱荣超等 超低转动惯量无刷力矩电动机电磁及结构设计29 收稿日期:2018-11-29超低转动惯量无刷力矩电动机电磁及结构设计钱荣超,孙兆琼(中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海200233)摘 要:通过改变无刷力矩电动机结构,大幅度降低电机转子转动惯量,在保证电机其他性能不变的同时,提高响应速度,使无刷力矩电机在高频正反转㊁高频间歇运动工况下运行快速㊁精准㊁高效㊂关键词:无刷力矩电动机;超低转动惯量;响应速度;双定子中图分类号:TM359.6 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2019)03-0029-03Electromagnetic and Structureal Design of Brushless Torque Motor with Ultra-Low Moment of InertiaQIAN Rong -chao ,SUN Zhao -qiong(No.21Research Institute of CETC,Shanghai 200233,China)Abstract :By changing the structure of the brushless torque motor,the inertia of the motor rotor is greatly reduced,while ensuring the other performance of the motor,the corresponding speed is increased,so that the brushless moment mo⁃tor can be faster,more accurate and more efficient under the high-frequency forward and reverse,high-frequency intermit⁃tent motion conditions.Key words :brushless torque motor,ultra-low moment of inertia,response speed,dual stators0 引 言普通无刷力矩电动机转子一般采用单定子结构,单定子结构简单㊁便于加工安装,但是整个转子的直径大㊁质量重,即便做成空心轴结构,其转动惯量也很大,严重影响无刷力矩电动机整体响应速度和控制精度㊂本文研究的超低转动惯量无刷力矩电动机采用双定子结构,即将旋转的转子轭部脱离出来,成为内定子,旋转部分只有永磁体及其支架,可以大幅度地减小转子的体积及质量,由此降低转动惯量,提高响应速度㊂对于双定子结构力矩电动机,国外有一些品牌已经形成了市场产品,但受到特殊结构工艺的限制,机座号最大达到170mm 左右,这也影响了该种结构电机的系列化发展㊂本文从电磁㊁结构㊁工艺三个方面来阐述一种更大直径的超低惯量双定子无刷力矩电动机,该结构可以使无刷力矩电动机更紧凑㊁更快速,可以实现机座号50~500mm 的拓展㊂1 原理分析无刷直流力矩电动机是伺服系统中的一个执行元件,可不经齿轮减速而直接驱动负载㊂在位置系统中,它可工作在堵转状态;在速度系统中,它可工作在低速状态,输出大转矩㊂无刷直流力矩电动机实质上是一只绕组串联的多对极的永磁式电动机,由于其性能和结构上的特点,力矩电动机常做成具有较大内孔的薄环形结构㊂本文以机座号230mm 电机为例,重点分析双定子结构无刷直流力矩电动机的优势㊂1.1 电机运行原理通过驱动控制器,将直流电压加到线圈上,导体中就有直流电流通过㊂按电磁定律,载流导体在磁场中将受到电磁力,作用在线圈上的电磁力矩:T XA =bilD (1)式中:b 为载流导体位置的磁密;i 为导体中电流;l 为载流导体长度;D 为电枢直径㊂导体中的电流随驱动控制器按照一定规律控制绕组中电流通断,从而使电磁转矩的方向一直保持不变,电机连续旋转[1]㊂1.2 电枢绕组连接方式和电子换相永磁无刷直流电动机的电枢绕组与一般交流电动机的定子绕组相类似,分星形连接绕组和封闭式连接绕组两类㊂电子换相电路一般有桥式和非桥式两类,不同连接方式的电枢绕组与不同电子换相电路的组合是多种多样的[2],本文采用方波驱动的三相导通星形三相六状态的电枢绕组连接和电子换相方式,位置传感器采用霍尔传感器,其速度伺服系统原理框图如图1所示㊂图1 方波驱动的速度伺服系统典型原理框图[3]D设计分析esign and analysis 2019年第47卷第3期 钱荣超等 超低转动惯量无刷力矩电动机电磁及结构设计30 1.3 磁路运行方式普通无刷力矩电动机磁路为单定子结构,本文研究的为双定子结构,两者磁路的运行方式基本相同,如图2所示;不同的是双定子结构存在内外两个气隙,且由于机械结构的限制,双气隙结构电机总的能量转换普遍大于同尺寸的单气隙结构电机㊂(a)单气隙结构(b)双气隙结构图2 单气隙及双气隙电机磁路运行方式1.4 双定子电机的优势单㊁双定子电机主要是由气隙的不同而存在差异,理论上双定子电机的特点及优势如下:①单定子电机只有一个运行气隙,双定子电机有两个运行气隙,分别分布在转子的内外两侧;②单定子电机的总气隙尺寸小,双定子电机的总气隙尺寸大;③单定子电机输出力矩略大,双定子电机的转矩脉动更小;④双定子电机的转子转动惯量可以做到很小(为单定子结构的50%以下),转动惯量的减小,可以有效提高电机的控制精度㊁控制速度等指标,在无刷控制和伺服控制系统中,都有优越的表现,这是单定子结构力矩电机无法达到的;⑤双定子电机的加工工艺难度较大,对零件加工㊁零部件装配都有较高的精度要求㊂2 单、双定子电机有限元模型仿真分析在尺寸相同㊁激励相同的情况下,建立单定子无刷直流力矩电动机和双定子无刷直流力矩电动机模型,对比两电机各项性能㊂为了更好地区别两种结构的优缺点,电机的主要尺寸选取一致:电机机壳外径230mm,电机电枢外径220mm,电枢内径160mm,电机有效长度90mm,单边气隙总长度1mm㊂2.1 单㊁双定子无刷直流力矩电动机有限元分析 建立单㊁双定子无刷直流力矩电动机Ansoft 二维模型,计算电机的输出力矩,分别如图3㊁图4所示,图3 单定子结构电机输出力矩图4 双定子结构电机输出力矩单㊁双定子无刷直流力矩电动机的最小转子转动惯量分别为0.036kg㊃m 2和0.017kg㊃m 2㊂2.2 两种结构电机的性能对比分析通过转子自身转动惯量(响应速度)㊁输出性能(转矩脉动)㊁加工工艺三方面,对单定子㊁双定子结构电机性能进行分析㊂2.2.1 转子自身转动惯量(响应速度)两种结构电机选取相同的电枢直径和长度,二者的转子自身转动惯量如表1所示㊂由于双定子结构的磁钢为内嵌式,可以将电机转子做得更薄,在质量与转动惯量上都具有绝对的优势㊂由表1可见,双定子结构电机的质量㊁转动惯量约为普通单定子结构电机的一半;相同负载时,双定子电机的角加速度为单定子结构的2倍,应用于伺服电机中,可以大幅度提高响应速度㊂表1 两种结构电机转子自身转动惯量比较参数双定子结构单定子结构转子外形尺寸外径Φro /mm 151.7151.7内径Φri /mm 139.7117.7长度l r /mm168.7168.7质量m /kg3.258.1转动惯量J /(kg㊃m 2)0.0170.036负载10N㊃m 时角加速度ω/(rad㊃s -2)588.24277.782.2.2 电机性能相同尺寸的单㊁双定子结构电机的输出性能基本相同,但是由于双定子结构存在内㊁外两个气隙,使其输出力矩略小一些,转矩脉动也有所减小,如图3㊁图4所示㊂单定子结构电机的平均输出力矩为53.5N㊃m,转矩脉动为2.8%,双定子结构电机的平均输出力矩为52.3N㊃m,转矩脉动为2.47%㊂可见,双定子结构电机的性能优势在于,牺牲2%的电机输出力矩,从而得到了转矩脉动降低12%㊁转动惯量降低47.2%的控制性能,这是十分有利的㊂2.2.3 加工工艺同体积的双定子电机,是在普通力矩电机转子中将转子轭和转轴脱离出来,从而减小转子部分的体积及质量,其实物图如图5所示㊂但是,转子上的永磁体体积是一定的,在结构设计中,必须保证永磁体支架的强度,永磁体与转子的牢固性,转子整体精度等,以上是实现双定子电机的重点及难点㊂图5 双定子结构电机转子及电机实物图 2019年第47卷第3期 D设计分析esign and analysis 钱荣超等 超低转动惯量无刷力矩电动机电磁及结构设计31 转子中最为重要的零件是转子支架,转子支架最好选用质量轻㊁强度高㊁不易形变㊁不导磁(或导磁性很差)的材料,一般考虑硬铝或者钛合金㊂在图5的薄形转子支架内部,开若干凹槽来安装永磁体,凹槽的形状与尺寸将直接影响整个转子的机械强度㊁形变程度等重要机械因素㊂ 选定转子支架材料后,其工艺流程㊁加工手段㊁时效处理等步骤亦很关键:(a)工艺流程:需要经过先车㊁再铣㊁后车的流程,在永磁体安装后,还需要整体切削加工;(b)加工手段:重点提高加工精度,特别是在有强磁物质时的精密加工;(c)时效处理:薄形结构的变形问题不可避免,时效处理是释放材料内部应力的最佳方法,多道时效处理可有效提高转子支架的尺寸精度,有利于后续安装㊂3 双定子电机机械强度仿真双定子电机在机械强度方面主要有两个薄弱位置,分别是机壳(内外定子连接位置)与转子㊂由于双定子电机是悬臂梁结构,机壳起到了内外定子链接的作用,当电机如图6放置时,由于重力作用,机壳的后端面容易产生形变;转子支架为薄壁杯型结构㊁嵌入的表贴式结构,导致最薄弱的位置只有0.2mm 左右,在电机承载转矩时,整个转子受到了很大的电磁力,从而容易变形,下面分别对机壳和转子的机械强度进行ANSYS Workbench 有限元仿真㊂图6是双定子电机机壳(材料为硬铝合金)机械强度仿真图㊂在电机倒置时,内外定子连接处是机壳机械强度最为薄弱的位置,材料最大承受的拉伸应力为0.63MPa,形变量很小,可以忽略不计,该设计可以满足电机要求㊂(a)机壳最大受力时内部应力分布图(b)机壳最大受力时形变分布图图6 双定子电机机壳机械强度仿真图7是双定子电机转子杯(材料为钛合金)机械强度仿真图㊂电机正常运转时,转子杯内部最大剪切应力为1.027MPa,转子周向形变量约为1.3×10-5mm,对于直径230mm 的电机,该形变量很小,不会影响电机的材料性能和输出性能㊂综上,双定子电机的机壳㊁转子杯的机械强度可以满足电机正常工作要求㊂(a)转子杯运行时内部受力分布图(b)转子杯运行时受力形变分布图图7 双定子电机转子机械强度仿真4 结 语双定子无刷直流力矩电动机最大的优势在于,该电机在保持优越输出性能的同时,大幅度降低了转子转动惯量并降低了转矩脉动㊂对于控制电机来说,转动惯量的减小不仅可以提高控制精度,更可以大幅度提高控制速度,这在很多高端设备中是十分重要的㊂由于该结构受到材料㊁工艺的限制,目前只能应用于中小型电机㊂机基座号大于200mm 以上的电机,需要特种加工工艺及手段㊂本文的样机结构最大可以拓展到机座号500mm 的电机产品,在高精度的转台㊁机床等场合都有着广泛应用㊂参考文献[1] 汤蕴璆,史乃.电机学[M].北京:机械工业出版社,1999:62-95.[2] 叶金虎.现代无刷直流永磁电机的原理和设计[M].北京:科学出版社,2007.[3] 谭建成.永磁无刷直流电机技术[M],北京:机械工业出版社,2011:41-75.[4] 唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版社,1997:37-60.[6] KRIRSHNAN R.Permanent magnet 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《考虑转矩脉动最小化的永磁无刷直流电机控制系统》范文
《考虑转矩脉动最小化的永磁无刷直流电机控制系统》篇一一、引言随着工业自动化和智能化的发展，对电机控制系统的性能要求越来越高。
其中，永磁无刷直流电机（BLDCM）以其高效率、高可靠性等优点被广泛应用于各种领域。
然而，转矩脉动是BLDCM控制系统面临的一个关键问题，其影响电机的运行效率和精度。
因此，研究如何减小转矩脉动的永磁无刷直流电机控制系统显得尤为重要。
本文旨在分析并探讨一个高效率的永磁无刷直流电机控制系统，以实现转矩脉动的最小化。
二、永磁无刷直流电机概述永磁无刷直流电机是一种利用电子换向技术实现直流电机的无刷化运行的电机。
其结构主要由定子、转子和电子换向器等部分组成。
相比于传统的有刷直流电机，永磁无刷直流电机具有更高的运行效率、更长的寿命以及更好的控制性能。
三、转矩脉动问题转矩脉动是永磁无刷直流电机运行过程中的一种常见问题，主要由于电子换向器的换向过程、电流的波动以及电机的机械结构等因素引起。
转矩脉动会导致电机运行不稳定，产生噪音和振动，影响电机的性能和使用寿命。
因此，如何减小转矩脉动是BLDCM控制系统研究的重要方向。
四、控制系统设计为了实现转矩脉动的最小化，需要设计一个高效率的永磁无刷直流电机控制系统。
该系统主要包括以下几个部分：1. 传感器：用于检测电机的转速和位置信息，为控制系统提供反馈信号。
2. 控制算法：采用先进的控制算法，如矢量控制、直接转矩控制等，实现对电机的高精度控制。
3. 驱动器：根据控制算法的指令，驱动电机运行。
驱动器应具有高响应速度和低噪声的特点。
4. 电源：为电机和控制电路提供稳定的电源。
在控制算法方面，可以采用反电动势法或电流预测法等方法来减小转矩脉动。
反电动势法通过检测电机的反电动势来预测电机的位置和速度，从而实现精确的换向控制。
电流预测法则通过对电流的预测和补偿来减小转矩脉动。
五、系统实现与测试在实际应用中，需要综合考虑电机的参数、控制算法的选取以及硬件电路的设计等因素，以实现系统的稳定运行和最小化转矩脉动。
无刷直流电动机的设计
无刷直流电动机的设计无刷直流电动机（BLDC）是一种基于电子换向器和磁传感器的新型电机，具有高效率、高功率密度、高可靠性、无摩擦等优点，广泛应用于工业、农业、家电和汽车等领域。
本文将介绍无刷直流电动机的设计原理、设计流程和一些关键技术。
一、设计原理无刷直流电动机的工作原理是利用永磁体和电流产生的磁场相互作用，从而产生转矩。
它的转子由一个或多个永磁体组成，通过电流换向器控制电流的方向，从而实现转子的旋转。
无刷直流电动机通常采用三相设计，每相之间的换向角为120度。
二、设计流程1.确定电机的额定功率和转速。
根据设计要求，确定电机的额定功率和转速。
这些参数将决定电机的尺寸、材料和冷却方式等。
2.选择永磁材料和磁路设计。
根据电机的运行环境和功率需求，选择合适的永磁材料。
同时，设计磁路以确保磁通密度的均匀分布和最小的磁路损耗。
3.设计定子绕组和绝缘系统。
根据电机的功率和电压要求，设计定子绕组。
同时，设计合适的绝缘系统以确保电机的安全性和可靠性。
4.确定电流换向器的拓扑和控制策略。
选择合适的电流换向器拓扑（如半桥、全桥等）以及控制策略（如PWM控制、电流环控制等），以实现电机的换向操作。
5.进行磁场分析和电磁设计。
通过磁场分析软件，进行电磁设计。
通过磁场分析，可以得到电机的特性曲线、转矩和功率密度等指标。
6.进行结构设计和热分析。
根据电机的尺寸和电机的工作环境，进行结构设计和热分析。
结构设计要考虑机械强度、制造成本等因素，热分析要考虑散热方式和绝缘系统。
7.制造和测试。
根据设计图纸进行电机的制造。
制造完成后，进行测试，通过测试结果对电机的设计进行修正和优化。
三、关键技术1.电磁设计技术。
电磁设计是无刷直流电动机设计的核心技术，它涉及到永磁体选材、磁路参数计算、磁场分析等方面。
2.电流换向器设计技术。
电流换向器是控制无刷直流电动机运行的关键部件，它的设计直接影响到电机的性能。
目前常用的换向器有半桥、全桥等拓扑，选择合适的拓扑和控制策略对电机的效率和稳定性有重要影响。
《考虑转矩脉动最小化的永磁无刷直流电机控制系统》范文
《考虑转矩脉动最小化的永磁无刷直流电机控制系统》篇一一、引言永磁无刷直流电机（Brushless DC Motor，BLDCM）作为一种高效的电机系统，因其结构简单、维护方便、运行效率高等优点被广泛应用于各个领域。
然而，转矩脉动是影响其性能的主要因素之一。
转矩脉动的存在会导致电机在运行过程中产生噪声和振动，降低系统的运行效率和稳定性。
因此，研究如何通过控制系统最小化转矩脉动成为当前的重要课题。
本文将探讨考虑转矩脉动最小化的永磁无刷直流电机控制系统的设计及实现。
二、系统架构与设计永磁无刷直流电机控制系统主要包括电机本体、功率驱动器、控制器以及传感器等部分。
为了实现转矩脉动的最小化，需要从以下几个方面进行系统设计：1. 电机本体设计：选择合适的永磁材料和电机结构，以减小内禀转矩脉动。
同时，优化电机的几何参数，如极数、槽数等，以改善气隙磁场分布，从而降低转矩脉动。
2. 功率驱动器设计：采用高性能的功率驱动器，如基于IGBT或SiC材料的驱动器，以提高驱动效率并减小电流波动。
同时，采用合适的驱动策略，如PWM调制技术，以减小电流的谐波分量。
3. 控制器设计：控制器是控制系统的核心部分，需要根据电机的实际运行状态和需求进行实时控制。
采用先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，以实现转矩脉动的最小化。
此外，为了减小电磁干扰（EMI），需在控制器中加入滤波电路和EMI 抑制电路。
三、控制策略与算法为了实现转矩脉动的最小化，需要采用合适的控制策略与算法。
常见的控制策略包括：1. 矢量控制：通过精确控制电机的电流和电压矢量，实现对电机转矩的精确控制。
通过优化矢量控制算法，可以减小电流的谐波分量，从而降低转矩脉动。
2. 预测控制：基于电机的数学模型和预测算法，对电机的未来状态进行预测，并提前调整控制策略以减小转矩脉动。
预测控制可以实现对电机的高精度控制，提高系统的动态性能。
3. 智能控制：利用人工智能技术，如神经网络、模糊逻辑等，对电机的运行状态进行智能识别和调整。
大功率低压无刷直流电机驱动器制作方法
文章标题：深度解析：大功率低压无刷直流电机驱动器制作方法一、介绍大功率低压无刷直流电机驱动器是现代工业中常见的关键设备，它在各种机械设备和电动车辆中起着至关重要的作用。
在本文中，我们将深入探讨大功率低压无刷直流电机驱动器的制作方法，旨在帮助读者全面了解其原理和制作过程。
二、原理大功率低压无刷直流电机驱动器的工作原理是基于电磁学和电子技术的结合。
它主要包括电机控制器、功率器件、传感器和通信模块等组成部分。
通过对不同工作状态的控制，电机可以实现高效、平稳的运行。
在制作大功率低压无刷直流电机驱动器时，需要根据其原理合理地设计和组装各个关键部件，确保其性能和稳定性。
三、制作步骤1. 选型：根据实际需求和应用场景，选择合适的电机控制器、功率器件和传感器等关键部件。
2. 设计：基于选型结果，进行电路图和PCB板的设计，确保各部件的连接和排布合理。
3. 组装：将选好的关键部件进行组装，包括焊接、连接和固定等工序。
4. 调试：进行电路的基本功能调试和性能测试，确保电机驱动器正常工作。
5. 优化：根据测试结果对电路进行优化和调整，提高其整体性能和稳定性。
四、个人观点大功率低压无刷直流电机驱动器的制作是一个综合性的工程，需要具备扎实的电子技术和电机知识。
在实际制作过程中，需要注重细节和稳定性，确保制作出的电机驱动器能够满足实际应用需求。
随着技术的不断进步，制作方法也在不断演化和改进，需要及时关注最新的技术动态和趋势，不断提升自己的制作技能和水平。
五、总结通过本文的介绍和分析，相信读者已经对大功率低压无刷直流电机驱动器的制作方法有了更深入的了解。
制作大功率低压无刷直流电机驱动器需要综合运用电子技术、机械设计和工艺制造等多种知识，也需要具备一定的实践经验。
希望本文能够帮助读者在实际制作过程中更加游刃有余，制作出高品质、高性能的电机驱动器。
六、结语制作大功率低压无刷直流电机驱动器是一个值得深入研究和探讨的领域，希望读者在实际应用中能够深入挖掘其潜力，不断推动相关技术和产业的发展。
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第51卷第5期 微电机Vol.51. N o.52018 年 5 月____________________________________m icro m o to rs________________________________________M ay.2018一种超低脉动无刷力矩电动机的设计冯小军，范雪蕾(西安微电机研究所，西安710077)摘要：针对高精度、高稳定性伺服系统对电机超低力矩波动的要求，提出了一种两相无槽无刷力矩电动机的设计思路，使用Maxwell建立设计模型进行仿真分析，投制样机进行试验验证。
成功研制了一款具有超低力矩波动的无刷力矩电动机。
关键词：无刷力矩电动机；力矩波动优化设计；有限元分析中图分类号：TM36 + 1; TM359.6 文献标志码：A文章编号！1001-6848(2018)05-0067-04Designof Brushless Torque Motor WithLowTorque FluctuationFENG Xiaojun，FAN Xuelei(Xian Micromotor Research Institute，Xian 710077，China)Abstract：Based on low torcjue fluctuation requirement of tlie motor for servo system witli high stability，the idea of a two-;phase brushless to/que motor was proposed.A mode element analysis software Maxwell for simulation，and a prototype was developed to carry out experimentalverification，successfully testified the development of the brushless torque motor with low torque fluctuation.Key w ords：brushless tonque motor；torcqu e fluctuation；chamfer；finite element analysis=引言随着航空、航海、工业机器人、高档数控机床等领域的不断发展、壮大，应运而生了许多高精度伺服系统，这些高精度的伺服系统对驱动电机提出了更多高、精、尖的要求。
例如：航空、航海领域需要定位精度高的伺服电机进行导航定位；高档数控机床需要具有高转矩密度的直驱型力矩电机，从而达到简化机械结构，提高可靠性的目的；工业机器人需要转速和力矩波动小的伺服电机帮助机器人完成更加精细的动作等等。
对于高精度伺服系统而言，力矩波动是衡量系统性能的一项重要指标。
伺服系统的力矩波动由驱动器的控制精度、电机的力矩波动、传感器的精度共同决定。
对于无刷电机来说，造成无刷直流电动机力矩波动的原因主要有以下几个方面：(1) 电磁转矩产生原理引起的力矩波动。
(2) 电流换相引起的力矩波动。
(3) 齿槽转矩引起的力矩波动[1]。
本文介绍了一种正弦波驱动的超低脉动的无刷力矩电动机力矩波动优化设计方案，该方案电机具有超低的力矩波动和优异转矩-电流线性度性能，可以应用在高精度导航系统、机器人精密关节等领域。
1工作原理本文介绍的是一种正弦波驱动的两相无刷力矩电机结构，其电气原理图如图1所示。
图1电气原理图电机采用无槽结构，从而彻底消除了齿槽转矩对于电机力矩波动的影响。
电枢内部采用两相正交的整距绕组，假设电机磁场沿气隙正弦分布，气隙磁场B m与转子位置角-成正弦函数关系Sm 二BSsJ(1)式中，S为气隙磁场幅值，T；-为转子位置角，（°)。
通过专用电机控制器，根据与转子同轴连接的传感器反馈的位置角-，按照式（2)、式（3)的函数关系控制通人两相绕组的电流：收稿日期：2017—01 —05,修回日期：2017 —12—25作者简介：冯小军（1985)，男，工程师，研究方向为无刷力矩电动机设计。
•68*散电机51卷-A 1 * S i l1- (2 )式中，-a为A相绕组电流，A#-为B相绕组电流，A#,m为电流幅值，A%根据法拉第电磁感应，两相绕组产生的电磁转矩为FA =M(,m *Bn-)*(S+Bn-) (8)FB=K(Im * C〇B)*(B+C〇B)(5)式中，F a为A相绕组产生的电磁转矩，Nm;F b为B相绕组产生的电磁转矩，Nm;M为电机力矩常数。
两相绕组正交的整距分布，空间相差90°电角度，所以电机输出力矩为F二]Mm B+sin2e+ K,B+C〇s2-二]MmB+(6)由式(6)可知，电机产生的力矩与转子位置无关，理论上，该方案电机的电磁力矩没有波动。
电流、气隙磁场、力矩的示意图如图2所示。
该方案实现的核心因素就是保证电机的气隙磁场正弦分布，即电机的反电势波形应该为标准的正弦波。
曲线，根据计算结果，确定力矩波动最小的方案图3转子永磁体削角优化示意图根据麦克斯韦应力张量法相关文献（2)，在二维电磁场中，电磁转矩由切向力产生，在一个极距范围内，沿转子外圆半径"02圆周积分，且永磁体外形为长方体则电磁转矩幅值为以，（7)式中，$为电机极对数；3=为电机电枢有效轴向长度#*为气隙磁导率；"^为转子外径#B t、B y分别为转子外圆半径"/3的径向与切向气隙磁密分量# -为一个极距对应的机械弧度。
转子永磁体经过到圆角处理后，式(7)可改写为Te m = 2 J〇2R2BxByA6' + J〇2 (BxByAe"^(8)式中，？为永磁体削角半径；-为永磁体削角部分对应机械弧度；—为永磁体未削角部分对应机械弧度。
由式(&)可以看出，转子永磁体侧棱圆角越大，电磁转矩越小，气隙磁阻分布越不均匀，容易造成气隙磁密波形畸变[3]，不利于降低转矩幅值，从式(&)很难线性的得出具体数值。
实际操作过程中，结合工程经验，转子永磁体侧棱设定不同的倒角角度，利用Maxwell有限元仿真软件对不同圆角的反电势波形及转矩曲线进行仿真分析。
根据式（9)计算得出线反电势总谐波畸变率。
@力矩波动优化设计本文涉及的无刷力矩电动机采用无槽结构，其电磁气隙为4 ~5mm，远远大于传统的力能电机，大气隙结构极大的减小了定、转子变形、偏心对气隙磁场的影响，有利于实现气隙磁场的正弦分布，进而达到减低力矩波动的效果。
为了工艺的可操作性，转子永磁体外形为长方体如图3所示。
同时，通过优化转子永磁体外形，进一步优化反电势波形，达到减小电机的反电势谐波含量，降低力矩波动的目的。
转子永磁体靠近工作气隙侧的棱角需进行倒圆角处理（如图3所示），使气隙磁阻分布不均匀，呈现出气隙磁密贴近永磁体中间幅值逐渐増高，两侧逐渐降低的正弦分布效果，然后通过有限元仿真软件仿真计算不同削角下电机定、转子相对位置在不同电角度时的输出力矩通过上述技术措施确定优化设计方案，图4、图5为电机没有削角时的反电势和反电势谐波含量仿真图#图6、图7为电机最佳削角时的反电势和反电势谐波含量仿真图#图&、图9、图10为随机选取不同削角、不同位置电机转矩曲线仿真示意图。
5期冯小军等：一种超低脉动无刷力矩电动机的设计•69*□0100 200 300 400 500t/m s图5永磁体没有削角时反电势谐波含量仿真图(反电势谐波含量为6.3%)图6永磁体最佳削角时反电势仿真图□t/m s图7永磁体最佳削角时反电势谐波含量仿真图(反电势谐波含量为$.3%)图&削角？转子位置0°转矩曲线图图9削角？转子位置30°转矩曲线图通过式（10)计算得到电机力矩波动，仿真计算结果如表1所示。
k,1Fm a x ~ Fm i n x100%(10)m a x + m i n图10削角？转子位置45°转矩曲线图表1电机转矩仿真计算数值 单位：N m 转子 圆角大小位置?0 ?05 ?1 ?5?5?30° 3.8824 3.8692 3.7918 3.7929 3.7117 3.5991 3.4398 30° 4.0945 4. 1033 3.9342 3.8677 3.6876 3.4655 3.2677 45° 4.2357 4. 1585 3.9645 3.8866 3.6888 3.4315 3.1968 60° 4.0932 4. 1067 3.9358 3.8711 3.6896 3.4737 3.2663 90° 3.8864 3.8701 3.955 3.981 3.059 3.5979 3.43034.35 3.6 2.23 1.22 0.33 2.37 3.52动(％)注：不同机座号、不同极槽配合方案对应的最佳削角不同。
根据表1数据，可以绘制出永磁体削角大小与转矩波动系数的曲线图，如图11所示。
5.00%4.50%栽4.00%賊3.50%鸾3.00%_ 2.50%签 2.00%^ 1.50%1.00%0.50%0%图11永磁体圆角大小与转矩波动系数的曲线图由图11可知，随着削角角度的増大，电磁转矩的幅值在减小，电机的力矩波动系数在降低，在削角角度为？时力矩波动系数达到最小值。
之后随着永磁体削角角度进一步増大，电机的转矩波动系数反而随之上升。
经分析，随着削角角度的増大，电机气隙磁密幅值降低，电机力矩系数减小，导致输出转矩幅值减小。
但永磁体削角之后，气隙磁场波形更趋近于正弦波，所以电机的力矩波动系数降低，在转矩波动系数降至最小值后，随着削角角度的继续増大，反而导致气隙磁场波形畸变，电机的转矩波动系数反而升高了。
因此得出以下结论：转子永磁体削角•7051卷散电私可以改善气隙磁密的正弦性，但存在一个最佳削角值，不能一味的增大削角。
同时，削角工艺会导致电机力矩系数的降低，所以在优化设计时，需考虑电机最终输出转矩的影响。
3试验验证上述电机方案采用两相无槽无刷结构，同时转子永磁体削角？时，电机的力矩波动最小，达到0.33%。
按照上述分析，投制样机进行试验验证，定子一种方案，转子两种方案，分别为没有削角和削角为？。
经过试验验证，没有削角时，电机输出力矩范围为 3. 95 ~4. 27 Nm，力矩波动为3. 89%;削角为？时，电机输出力矩范围为3. 68~3. 70 Nm，力矩波动为0.27%。
试验数据与仿真分析数据吻合。
(上接第51页）[5]薛定宇.控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言与应用[M].3版.北京：清华大学出版社，2012.[6]钟其水，李辉.永磁同步电机分数阶微积分控制方法研究[F.电子科技大学学报，2011, 40(2): 246-249.[7]赵志诚，李明杰，刘志远，等.复杂系统的分数阶内模控制器设计[J].控制与决策，2015(3): 531:35.[8]李大字，曹娇，关圣涛，等.一种分数阶预测控制器的研究与实现[J].控制理论与应用，2010, 27(5): 658-662.[9]缪仲翠，张昊，巨梅，等.永磁同步电动机分数阶Anti-Windup控制器的研究[J]•控制工程，2016, 23(10$: 1556-1561. [10]宋申民，邓立为，陈兴林.分数阶微积分在滑模控制中的应用特(上接第62页）[8]张文涛，王成山.基于改进扰动功率和能量法的暂态扰动定位[J].电力系统自动化，2007, 31 (8) : 32-35.[9]张波.电压暂降特征提取与扰动原因分析[D].北京：中国电力科学研究院，2004.[10]杨洪耕，刘守亮，肖先勇，等.基于S变换的电压凹陷分类专家系统[J].中国电机工程学报，2007, 27(1): 98-104.4结语本文针对新兴行业对于高精度、高稳定性伺服系统需求，提出了一种超低脉动无刷力矩电动机的设计方案，针对产生力矩波动的原因，从根本上剔除产生力矩波动的因素。