永磁无刷电动机设计
无槽永磁无刷电动机设计研究
Ｋｅ ｏ ｄ ｙ Ｗ ｒ ｓ： Ｓ ｏ ｌｓ ｌ ｔ ｓ； Ｐ ｒ ｎ ｎｔｍａ ｎ ｔｍｏｏ ； ＰＭ ｕ ｓ ｌｓ ｔｒ ｅ ｅ ｍａ ｅ － ｇ ｅ ｔ ｒ Ｂｒ ｈ ｅ ｓ ｍｏ ｏ
０ 引 言
无槽 永 磁 无 刷 电动 机 是 近 年 来 产 生 并 得 到 发 展 的一 种 新 型 电机 ，把 无 槽 结 构 引 入 永 磁 无 刷 电 动机 就 是 为 了 最 大 程 度 的 利 用 稀 土 永 磁 材 料 的 高 性 能 ，从 而 得 到 高 性 能 无 刷 永 磁 电 动 机 的特 殊 性
Hale Waihona Puke Ｄｅ ｉ ｎ ａｎ Ｒｅ ｅ ｃ ｏ ｌ ｓ ｕ ｈｌｓ ｓｇ ｄ ｓ ａｒ ｈ ｏｎ Ｓｌ ｔｅ ｓＢｒ ｓ ｅ ｓ ＤＣ ｏ ｏ Ｍ ｔｒ
Ｗ Ｅ ｉｇ ｗ ｉ ＩＪｎ — ｅ ，Ｚ ＨＡＮＧ Ｈｏ ｇ ｙ ｎ —ｕ
（ ．Ｃ ｌ ｇ ｆ ｌ ｔｃｌ ｎ ｌｃ ｏ ｉ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ａｂｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ １ ｏｌ ｅｏ Ｅｅ ｒ ａ ａ ｄＥｅｔ ｎｃ ｎ ｉｅｒ ，Ｈ ｒｉ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｉ ｅａｄ ｅ ｃｉ ｒ ｎ ｅ ｉ Ｓ ｎ
试制样机 的测试 ，得 出该 电机 的实验 数据 及特 性 曲线 ，经 过 与理 论设 计值 比较 ，验 证理论 分 析 的正 确性。
关键 词 ：无 槽 ；永磁 电机 ；永磁 无 刷 电动机
中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ Ｍ３ Ｍ ５ ：Ｔ ６＋１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ．８ ８ ２ １ ０ —０ ９０ ０ １６ ４ （０ ０）２ ００ —３
无槽 永磁无刷电动机设计研究
魏静微 ，等
无 槽 永 磁 无 刷 电 动 机 设 计 研 究
永磁直线直流无刷电动机控制系统设计及实验研究
Ｓｃｉ ｅｎｃｅ ａｎ Ｔｅｃｈ ｄ ｎｏｌ ｏｇｙ ｎｎｏ Ｉ ｖａｔｏｎ ｉ Ｈｅｒ ｄ ａｌ
研 究 报 告
永 磁 直 线 直流 无 刷 电动机 控 制 系 统设 计 及 实验 研 究
高 鑫
（ 广东省 电力设计 研 究院 广州 ５ ０ ６ ） １ ６ ３
摘 要： 本文详细介铝 了￣ ＴＤ Ｐ Ｍ ３ ０ Ｆ ４ ７ Ｓ Ｔ ｓ ２ Ｌ ２ ０ 的永磁直线直流无刷 电动机硬 件设计和控制方法 ， 出了电机的控 制程序 流程， 给 试验结 果 表 明本 方法 简单 可行 。 关键词 ： Ｓ Ｐ Ｍ 控制 系统 试验 ＤＰ Ｗ 中 图分 类 号 ： ２ ４ Ｕ ６ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ ｏ １ （） ０ ０ — ２ １ ７ — ９ Ｘ ２ １ ） ２ｂ一 ０ ２ ０
永磁 直 线 直 流 无 刷 电动 机 作 为 一 种 新 ２ Ｐ ＷＭ波形生成模块 型 直 线 电机 ， 具有 直 线 电机 的 特 点 ， 既 同时 ２ ０ 事件 管 理器 模块 中， 用定时 器 １ ４７ 通 、
器上 下桥 臂 直 通 ， 两 路相 互 对 应 的ＰＷ Ｍ 将 引 脚 （ ＰＷ Ｍ 对 应 ＰＷＭ ２； 如 ｌ ＰＷ Ｍ ３ 应 对
器Ｔｌ ＯＮ， 置定时 器 １ Ｃ 配 的计数 模式 和 倍频
系数 ， 启动ＰＷ Ｍ调 制 运行 。 照上 述步 骤 ， 按
的 中断 类 别 及 中 断源 ） 初 始 化 系 统 控 制 器 中不 同的 调 制值 ， 复 以上 比 较 过 程 ， 及 重 从 即 可 由２ ０７ 成 的 带 有 可 变 编 程 死 区 的 ４ 生 变 量 和 标 志 值 （ 定Ｐ Ｍ 占空 比 等 变 量 ） 确 Ｗ 。 而 产 生 不 同 占空 比 的Ｐ Ｍ信 号 。 此 ， Ｗ 因 在 ＰＷＭ信 号 。 系统 初 始化 完成 后 ， Ｓ 进入 一 个查 询 操作 ２ ０ 内产生 Ｐ Ｍ信号所 需 寄存 器 的配 置步 ２ ２对称 模式 的Ｐ Ｄ Ｐ ４７ Ｗ ＷＭ调 制
永磁无刷EPS电机设计刘敏1孙江2
永磁无刷EPS电机设计刘敏*1 孙江2发布时间：2023-05-27T08:16:48.107Z 来源：《工程管理前沿》2023年6期作者：刘敏*1 孙江2[导读] 汽车蓄电池电压为直流电压12V，决定了EPS无刷电机的工作电压是12V，确定了电流，电机的输入功率就确定了，之后确定EPS无刷电机其它参数，本设计方法以电机相电流为切入点和起始点，抓住EPS无刷电机主要矛盾，设计路线就比较清晰。
设计过程比较简单耗用时间较短。
1.贵州航天林泉电机有限公司苏州公公司江苏省苏州市 2150112.贵州航天林泉电机有限公司苏州公公司江苏省苏州市 215011摘要：汽车蓄电池电压为直流电压12V，决定了EPS无刷电机的工作电压是12V，确定了电流，电机的输入功率就确定了，之后确定EPS无刷电机其它参数，本设计方法以电机相电流为切入点和起始点，抓住EPS无刷电机主要矛盾，设计路线就比较清晰。
设计过程比较简单耗用时间较短。
关键词：汽车蓄电池；EPS无刷电机；电机设计；电机相电流随着节能减排和微电子技术的发展，车载电子助力转向系统（EPS）取代了传统液压转向系统的技术在过去20年间得到飞速的发展[1-2]。
目前国内，有刷电机在EPS电子助力系统上已经大批量配套，以德昌电机、凯宇电器、派尔福为代表的有刷EPS电机生产商，具备非常成熟的设计和制造能力[3-4]。
但是，有刷EPS电机本身的转矩转速特性注定了其在满足最大助力能力需求的条件下，很难去兼顾高速时候的响应性能，同时电机本身的扭矩常数偏低，受限于车上安装空间限制也导致它无法很好的应对包括B级及以上的乘用车领域的EPS系统[5-6]。
近年来，随着自动驾驶技术的日新月异，具有高可控性，快速响应能力的永磁无刷电机成为现代电子助力转向系统的首选电机[7-8]。
1 无刷EPS电机的结构及工作原理1.1 无刷EPS电机的结构无刷EPS电机的结构选择，不仅关系到电机的性能，而且还关系到整个EPS系统的性能是否最优，安装强度和寿命能否覆盖汽车的整个生命周期。
基于遗传算法的永磁无刷直流电动机优化设计
Ｏｐ ｉ ａ ｓｇ ｆＰｅ ｍ ａ ｎｔＭ ａ ｎ ｔ Ｂｒ ｓ ｅ ｓ ＤＣ ｏ ｏ ｓＢａ ｅ ｏ ｎ ｔｃ Ａｌ ｏ ｉｈ ｔｍ ｌＤｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｎｅ ｇ ｅ ｕ ｈｌｓ Ｍ ｔ ｒ ｓ ｄ ｎ Ｇｅ ｅ ｉ ｇ ｒ ｔ ｍ
ＱＡ ｉｎ ， Ａ Ｇ Ｓ ｕ ｈ ｎ ＩＮ Ｑａ ｇ Ｗ Ｎ ｈ — ｏ ｇ （ ａ ｕ ｎＵ ｉｅ ｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ａ ｕ ｎ０ ０ ２ ， ｈｎ ） Ｔ ｉ ａ ｎｖｒ ｔ ｏ ｃ ｎｌ ｙ Ｔ ｉ ａ ３ ０ ４ Ｃ ｉａ ｙ ｓｙ Ｔ ｏ ｙ
钱 强 ，王 淑 红
（ 原理工大学 ， 太 山西太原 ０ ０ ２ ） ３０ ４
摘
要： 利用遗传算法对一 台 ４相 ７对极外转子永磁无刷直流 电动机 的永磁 体尺寸 、 气隙高度 、 电枢 长径 比、 极
弧系数 以及槽 口宽度进行 了优化设计 ， 并用有 限元 电磁场分析软件 Ｍ ｘ ｅｌ Ｄ分析了优化前后 电机磁力线 、 ａｗ ｌ２ 气隙磁
密、 电机转矩和转速随时间变化过程。仿真结 果表明 ， 优化 的电机转矩脉 动明显削 弱 ， 明了遗传算法 与有 限元数 证
值计算相结合对无刷直流电动机优化设计有较好 的效果 。 关键词 ： 无刷直流电动机 ； 优化设计 ； 遗传算法 ； 转矩脉动 ； 限元 有 中图分类号 ： Ｍ３ Ｔ ３ 文献标识 码 ： Ａ 文章编号 ：０４ ７ １ （ ００ ０ — ０ ８ ０ １０ — ０ ８ ２ １ ）２ ０ １ — ３
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空调用永磁无刷直流电动机控制器设计
一种高效永磁无刷直流电动机设计仿真与分析
ｔ ｅ ｍ ｅｈ ｄ ｏ ｏ ｈ ｔ ｏ ｆｃ ｍｂｉｉ ｇ ｆｅｄ ａ ｄ ｃｒ ｕ ｔｉ ｏ ｒ ｃ ． ｎ ｎ ｌ ｎ ｉｃ ｉ ｓ ｃ ｒｅ ｔ ｉ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｅ ｍ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｐ ｒ ｎｅ ｔｍａ ｎ ｔｂ ｕ ｈ ｅ ｓＤＣ ｔｒ； ｉｈ ｆ ｃ ｅ ｃ ｍ ａ ｎｅ ｉｃ ｔｄ ｓｇ ｆｎｔ ｌｍｅ ｔｓｍｕｌｔ ｎ ｍｏｏ ｈ ｇ ｅ ｉ ｎ ｙ； ｇ ｔｃ ｒｕｉ ｅ ｉ ｎ；ｉ ｉｅ ｅｅ ｎ ｉ ｉ ａｉ ｏ
微 持电棚 ２０ 第 期 ０ 年 ６ １
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种 高效 永磁 无刷 直 流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电 动机 设 计 仿 真 与分 析
王 光 伟 ， 满峰 ， 晓 晖 ， 延 升 窦 李 李
（ － ］业 大 学 ， 西 西 安 ７ ０ ２ ） 西 ｉ２ １ ￣ 陕 １１９
既 直 观 又 准确 。
关 键 词 ： 磁 无 刷 直 流 电动 机 ； 效 ； 路 设 计 ； 限 元 仿 真 永 高 磁 有 中 图分 类号 ： Ｍ３ Ｔ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ４ ７ １ （００ ０ — ０ ３ ０ １０ — ０ ８ ２ １ ） ６ ０ １ — ２
倍， 低速 电机 的 电阻 为 高 速 电机 的 倍， 低速 电 ｊ ｊ
机的铜损耗为高速电机 的 倍， 在相 同损耗情况 ；
下， 高速 电机 可以取 较大 的线 负荷 ， 通过合 理选 择 电
有 计算 结果精 确 等特 点 ， 是 进 行 仿 真 计算 用 时很 但
长 。本 文采用 场 路 结 合 的设 计 方 法 对 一 台 ２ ４ ｋ ． Ｗ 的永磁 无刷直 流 电动 机 进 行 高 效率 设 计 研 究 ， 磁 在 路设 计 的基 础上进 行 有 限元 仿 真 优化 ， 对设 计 的 并
永磁无刷直流电机控制系统设计
永磁无刷直流电机控制系统设计1.电机模型的建立：建立电机的数学模型是进行控制系统设计的第一步。
永磁无刷直流电机可以使用动态数学模型来描述其动态特性，常用的模型包括简化的转子动态模型和电动机状态空间模型。
简化的转子动态模型以电机的电磁转矩方程为基础，通过建立电机的电流-转速模型来描述电机的动态响应。
这个模型通常用于低频控制和电机启动阶段的设计。
电动机状态空间模型则是通过将电机的状态变量表示为电流和转速变量，用微分方程的形式描述电机的动态特性。
这个模型适用于高频控制和电机稳态响应分析。
2.控制器设计：经典的控制方法包括比例积分控制器（PI）和比例积分微分控制器（PID）。
比例积分控制器是最简单的控制器，通过调节电流的比例增益和积分时间来控制电机的速度。
这种控制器适用于低精度控制和对动态响应要求不高的应用。
比例积分微分控制器在比例积分控制器的基础上增加了微分项，通过调节微分时间来控制系统的阻尼比，提高系统的稳定性和动态响应。
3.参数调节：在控制器设计中，参数调节和整定是非常重要的环节，主要包括根据系统的要求选择合适的控制器参数，并进行优化。
参数调节可以通过试探法、经验法和优化算法等方法进行。
其中，试探法和经验法是相对简单的方法，通过调整控制器的参数值来达到稳定运行或者较好的控制性能。
优化算法可以通过数学模型和计算机仿真的方式进行，通过优化目标函数和约束条件，得到最合适的控制器参数。
总结起来，永磁无刷直流电机控制系统设计主要包括电机模型的建立、控制器设计和参数调节。
在设计过程中，需要根据系统的要求选择合适的控制器，通过参数调节和优化算法来提高系统的稳定性和动态性能。
无刷直流永磁电动机设计流程和实例
无刷直流永磁电动机设计实例一. 主要技术指标1. 额定功率：W 30P N =2. 额定电压：V U N 48=,直流3. 额定电流：A I N 1<3. 额定转速：m in /10000r n N =4. 工作状态：短期运行5. 设计方式：按方波设计6. 外形尺寸：m 065.0036.0⨯φ二． 主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P '直流电动机 W P K P NNm i 48.4063.03085.0'=⨯==η,按陈世坤书; 长期运行 N i P P ⨯''+='ηη321 短期运行 N i P P ⨯''+='ηη431 3． 预取线负荷m A A s /11000'= 4． 预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6． 预取长径比L/D λ′=27．计算电枢内径m n B A P D N s i i i 23311037.110000255.0110008.048.401.61.6-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-⨯= 8. 气隙长度m 3107.0-⨯=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-⨯= 10. 极对数p=111. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--⨯=⨯⨯='='λ根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-⨯12. 极距 m p D i 221102.22104.114.32--⨯=⨯⨯==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-⨯==三．定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22110733.06104.114.3--⨯=⨯⨯==π3. 槽形选择梯形口扇形槽,见下图;4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096.043.155.010733.0--⨯=⨯⨯⨯==δ ,t B 可由设计者经验得,t b 由工艺取m 210295.0-⨯5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056.196.0255.08.02.222-⨯=⨯⨯⨯⨯=≈Φ=δδτ1j B 可由设计者经验得,1j h 由工艺取m 210325.0-⨯根据齿宽和轭高作出下图,得到具体槽形尺寸6. 气隙系数 135.1)5()5(2010101=-++=b b t b t K δδδ7．电枢铁心轭部沿磁路计算长度m h ph h D L j ij t i i 2111110064.2)21(2)2(-⨯=+-⨯++=απ8．槽面积2410272.0m S -⨯=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96.01=Fe K 电枢冲片材料密度331/1075.7m j ⨯=ρ电枢冲片比损耗kg W p s /16.2)50/10(=四.转子结构1. 转子结构类型:瓦片磁钢径向冲磁2. 永磁体外径m D D i m 211026.12-⨯=-=δ3. 永磁体内径m H D D m m mi 21086.02-⨯=-=4. 永磁体极弧系数8.0=m α5. 紧圈外经D 2=m 21032.1-⨯6. 永磁材料磁化方向截面积24221043.421026.114.3108.28.02m p D L S mm m m ---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==πα7. 永磁材料的选取永磁体材料：钕铁硼 剩磁r B ：矫顽力c H ：796 kA/m 永磁体材料密度m ρ:cm 38. r B 对应的磁通Wb S B m r r 41087676.4-⨯=⋅=φ 9．c H 对应的磁势A D D H F mim c c 3200)2(2=-= 10． 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 m D D D D b i mi i e j 22222221033.02102.01086.022---⨯=⨯-⨯=-=-=12．转子磁轭沿磁路方向长度瓦片m pD D b L mii e j j 222221083.0)21(4)(-⨯=-++=απ五、磁路计算1. 漏磁系数2.1=σ2. 气隙磁通δδδταB L B i 926.4==Φ3．空载电枢齿磁密δδδB B K b t B B Fe t t 588.296.010295.010733.022=⨯⨯⨯⨯==-- 4. 空载电枢轭磁密δδδB B L K h B Fe j j 819.28.296.0325..02926.4211=⨯⨯⨯=Φ=5. 空载转子轭磁密δδδσB B L b B j j 198.38.233.02926.42.1222=⨯⨯⨯=Φ= 6. 气隙磁势A B B B K F 462610127.010135.11007.06.1106.1⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=-δδδδδδ7. 定子齿磁势A H H h H F t t t t t 22109.01045.022--⨯=⨯⨯== 8. 定子轭部磁势A H L H F j j j j 211110064.2-⨯== 9. 转子轭部磁势A H L H F j j j j 222221083.0-⨯== 10． 总磁势∑+++=21j j t F F F F F δ 11. 总磁通Wb B m 410926.42.1-⨯⨯=Φ=Φδδσ12.空载特性曲线计算见表;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)(31槽==τy 每极每相槽数12pmZq ==m 是相数；p 为极对数 故绕组系数1=w K3. 预取空载转速m in /120000r n =' 4. 每相绕组串联匝数φW '0.7V U 24.8025.700为管子压降，取匝，∆=Φ'∆-='δφαpn UU W i取匝82W =φ5. 电枢总导体数根4922==φmW N6. 实际每槽导体数N s =N/Z=82根7. 实际空载转速0nmin /11742109039.28217.02488.05.725.7400r pW U U n i=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=Φ∆-=-δφα8. 计算绕组端部长度m pD D pDav l i b 211101.42)2)(2.122.1-⨯=+=='ππ 9. 计算电枢绕组每匝平均长度m l L L bav 2108.13)(2-⨯='+= 10． 预估导线截面积2661007086.01101463.04830m a J U P S aN N c-⨯=⨯⨯⨯⨯=''='η 式中26'/1014m A J a⨯=为预取导线电流密度 1=a 为每相绕组支路数 11. 导线选取选择F 级绝缘导线QZY-2 导线计算截面积26210066.04m d S c c -⨯==π导线最大截面积262max max 10092.04m d S c c -⨯==π导线直径md m d c c 3max 310342.01029.0--⨯=⨯=12. 槽满率计算公式选择35.01042max=⨯⋅=-S c s s S S N K π13. 实际导线电流密度26'/1015m A aS U P J c N Na ⨯==η 14. 每相电枢绕组电阻Ω==⨯=Φ-31022)20(62)20(20cavcava S a l W S ma Nl r ρρ式中)/(0157.02)20(m mm ⋅Ω=ρ为导线的电阻率 设电机绕组的工作温度t 为75C 0,则导线工作温度电阻Ω=⨯-+=65.3])20(1[20t a at p t r r 式中00395.0=t p 为导线的电阻温度系数七．电枢反应计算1. 起动电流 A r UU I atst 77.722=∆-=2. 起动时每极直轴电枢反应最大值A K W I F w st sdm 27643==φ 3. 额定工作时的反电动势 V n W pC N ie 5.39152'==δφφα 4. 额定工作时电枢电流 A r EU U I ata 97.022=-∆-=5. 额定工作时最大直轴去磁磁势A K W I F W a adm 3443==φ 6. 负载工作点：根据sdm F 和adm F ,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：负载气隙磁感应强度T B 5872.0=δ 负载气隙磁通Wb 4108925.2-⨯=Φδ负载电枢齿磁感应强度t B = 负载电枢轭磁感应强度j B =7. 额定工作时电磁转矩m N I W pT a iem .0366.04==δφφπα8. 起动电磁转矩 m N I C T st T st .293.0=Φ=δ 八. 性能计算1. 电枢铜损W r I p at a Cu 87.622== 2. 电枢铁损W G B G B f p K p j j t t a Fe 11.4)()50)(50/10(12123.1=+= 式中a K ------铁损工艺系数,取2=a K1j G ------定子轭重kg L h D D G j s j 05816.010])2([43211211=⨯--=-πρt G ------定子齿重kg ZL h b G t t s t 0173.0103=⨯=-ρ3. 轴承摩擦损耗W n G K p N p mp mpn 05.1103=⨯=-Kmp=3,p G 为磁钢重 转子轭重 转轴重 传感器转子重的和 3=mp K 为默认情况,可让用户自己指定kg G G G G r g m p 035.0=++=4. 风损W L n D p N mpb 13.01026332=⨯=-5. 机械损耗和铁损W p p p p mpb mpn Fe 29.5=++='6. 考虑到附加损耗后的机械损耗和铁损 W p p 877.63.1='=系数可选 7. 开关管损耗W U I p a 358.12=∆⨯=∆8. 电机总损耗W p p p p Cu 1.15=++=∆∑9. 输入功率W I U P a N 56.461==10. 输出功率W p P P N 46.311=-=∑ 11. 效率%57.67%1001=⨯=P P N η 12. 摩擦转距m N n p T N.00657.056.90== 13. 额定输出转距 m N T T T em .03.002=-=。
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如图6-1所示，具有相同外径的电机,若电机设计为外转子 式，它与内转子相比，可以得到较大气隙直径。由于电 机电磁转矩与气隙直径的二次方成正比关系，从而使外 转子电机的长度和重量可减小，具有较高转矩密度。优 化设计的外转子电机有效材料重量比内转子电机大约轻1 5%左右。
图6-1 外径相同电机内转子和外转子结构的气隙直径比较
结构和永磁体性能确定磁负荷Bm,由性能要求 及散热条件选择电负荷A,然后根据电磁负荷确 定电机主要尺寸Da和L。该方法属于经验设计,
需要设计者有较多的设计经验积累,计算结果常 需要多次调整。
典型的设计流程
1)分析设计任务书要求，明确设计目标； 2)工作方式的选择，如相数选择、导通方式、换相电路形式等； 3)电机结构形式选择:定子结构、永磁材料和转子磁路结构、传感器结构；
采用集中绕组的外转子电机，因为定子 齿朝外，绕制绕组要容易得多,适合于快 速机械绕线，特别是采用开口槽的情况 下。
在外转子电机中，内置式转子磁路 结构是罕见的，因为机械设计上有一定 难度，采用表贴式结构则为常见。
若干设计要素的选择
无刷电机是机电一体化产品,要达到设计 任务书所要求的技术指标、工作特性,需 要从电机本体和控制器整体角度出发,首 先要确定合适的工作方式,例如相数、绕 组连接方式、导通方式等,然后考虑电机 本体的定转子结构形式、定子裂比、定 子槽极数、转子永磁体结构、位置传感 器方式等选择。
1.相数的选择
对于一些小型风机、泵类等为节省成本又对转矩波
动无要求的产品,可采用单相无刷电机驱动。两相或
四相一般不推荐采用。
工作方式的选择
最为广泛应用的是三相、桥式驱动、六状态、120°
导通、星形接法、有位置传感器的工作方式,应首先考虑
采用。无论从电机性能、性价比和功率(转矩)密度出发,还
是方便配置通用控制器和采用专用集成电路角度看,这种
2.与电机设计有关的控制方面技术要求
控制类型:开环或闭环,转矩(电流)控 制,转速控制,或位置控制;控制精度和带 宽;转向或正反转；软起动,制动,限流;动 态要求,转矩转动惯量比,加/减速能力;故 障保护等。
永磁无刷电动机设计目前用得较多的仍然是传
统电磁设计方法。电磁设计方法是电机的经典 基本设计方法,其中最常用的是电机主要尺寸计 算法:由技术要求确定定子和转子结构,由转子
目前,已有多种适用于永磁无刷电机设计 使用的软件,例如ANSYS, ANSOFT、Moto rSolve、SPEED等。国内也有多个新开发 的设计软件可用于无刷直流电机设计。
CAD技术将计算机的快速准确计算能力与电 机专家研究理论成果及设计经验结合起来,加速 了产品的设计过程,缩短了设计周期,提高电机产 品设计质量。尽管设计软件功能越来越丰富,为 电机设计带来不少方便,但设计者的无刷电机基 本理论相关知识和设计经验是不可或缺的。实 际上,在初始设计和设计程序中,参数的选择都需 要设计者正确参与和判断。利用现代设计软件 并与传统电磁设计方法相结合,有利于提高设计 水平。
4)主要尺寸决定。根据电磁负荷或转矩特性要求计算电机主要尺寸Da、L；
5)极数和槽数选择，定子冲片和转子磁路初步设计； 6)磁路计算或有限元分析，计算确定气隙磁场参数； 7)绕组设计，绕组形式选择与匝数、线规计算； 8)电磁参数计算，特性计算； 9)设计复核与调整，核算电流密度、电磁负荷、电机温升、性能。
它们的有效材料用量和轴向长度比横向磁路电机
大。
(2)外转子和内转子结构
大多数径向磁路电机设计为内转子结构。一
般来说,内转子结构的转子转动惯量较低，适用是伺服用途电机中常常采用；由于定子散热
条件较好，电机安装方便，大多数径向磁路电机
设计为内转子式。内转子电机更适用于需要经减
永磁无刷电动机设计
设计技术要求与典型设计过程
对一台无刷电动机的设计技术要求常体 现在电机设计技术任务书中。电机设计 除应符合有关国家标准和行业标准外,设 计技术任务书常包括如下内容：
1.电机主要技术要求
包括使用电源电压,工作制,连续工作 下功率、转矩、转速,峰值功率、峰值转 矩,最高转速,效率,振动与噪声,使用环境, 防护等级等。
大多数的无刷电动机驱动系统采用三相。三相
驱动系统已被广泛应用,因而有许多成熟的通用驱动
器产品可供选用。然而,多相电机驱动系统比三相电
机驱动系统更具优势，近年有各种多相驱动技术，
专门应用于要求高性能、高可靠性和低直流电压供
电、大功率，而在成本不那么受到限制的场合(如电
动汽车、混合动力汽车、航空航天、船舶推进等),
系统方案都宜列为首选。只在小功率或为节约成本时,可
以考虑采用非桥式三相或四相驱动方式或单相驱动方式,
参见第3章分析。
一般不推荐封闭式绕组接法,也不推荐180°导通方式。
如果特别关注运行可靠性或因为工作环境限制等因素,
可考虑采用无位置传感器的工作方式。
电机本体结构形式的选择
从原理结构上看,无刷直流电动机本 体部分就是一个永磁同步电动机:有多相 绕组的定子和有永磁体的转子。无刷直 流电动机整体结构形式多种多样,主要有 以下几类：
(1)径向磁路和轴向磁路结构
这是相对于电机转轴轴心来说的,常见的是径向 磁路结构,电机呈圆柱状,定转子间气隙也呈圆柱 状。轴向磁路结构电机的气隙是与轴心垂直的平 面。轴向磁路常设计为盘式,外形呈现为扁平型式, 轴向尺寸短,径向尺寸大,适用于有这种结构要求 的场合。
径向磁路电机制造是最简单、最便宜的,但是
速机构间接驱动的场合。此时，电机设计成高速
电机,具有较高功率密度。
径向磁路也有设计为盘式的，这种电机径向尺寸 大，轴向长度相对较短，容易设计为多槽多极， 所以往往用于要求低速大转矩直接驱动的场合。 这样的盘式电机常设计为外转子结构，例如电动 车用轮毂电机、一些风机用电机。外转子无刷电 机更适用于要求恒定速度连续工作的应用场合。 和内转子转子比较，外转子转子支撑结构较为复 杂，但在防止永磁体飞逸方面不成问题。较高转 速的内转子式电机、表贴式结构转子往往需要增 加离心力防护措施。