电动自行车用200W永磁无刷直流电机选型及结构参数设计2011.10.31
电动自行车用永磁无刷直流电机选型及结构参数设计
1．油泥模型电机参数分析
油泥模型的电机设计为38齿牙盘，其转子内径为111mm，电机铁心长度为14mm。
其参数见表1。
表1 方案1电机参数表
当给电机加上48V电压时，其输出特性如图1所示，此时电机最高效率的工作点较高，为650 r/min，而电动自行车额定工作转速仅为180 r/min。
所以理论上应增加匝数或降低电压，直接增加匝数受到了槽满率的限制，降低线径再增加匝数又受到了定子电流密度的限制。
所以实际工作时只能通过降低电压来。
降低定子电流。
当电压降低到18V使得定子电流为9.5A时，其输出功率仅为120W，效率为70%，不能满足要求。
图1 油泥模型电机输出特性
2.电机初始方案选择
电机槽数和极数有多种匹配参数可以选用，设计组利用计算机软件对槽数和极数分别为
36/24、36/40、42/46的电机进行了参数仿真，并对结果进行了分析。
结论表明，极数为24的电机极数太少，导致磁钢较宽(17mm)，加工困难。
另外，由于24极数的电机额定工作速度太高，其低速时效率较低，因此不适合采用。
2.1推荐方案定子、转子参数的确定
推荐方案的定子槽、转子极数分别为36/40，定子绕组为0.69漆包线3股33匝，如表2所示。
表2推荐方案电机参数表
本方案最高效率转速440r/min，最高效率87%，电机输出特性如图3所示。
图为铁心长20mm的输出特性。
由图中可以看出，相比较铁芯25mm电机结构，最高效率时的转速370 r/min提升到到450 r/min，电机从30 r/min～460 r/min都可以输出200W以上的功率。
图3推荐方案电机输出特性
电机定子采用双层绕组，电机齿槽匹配和部分嵌线图如图4和图5所示。
图4 电机齿槽匹配图
图5 电机嵌线图
三相磁链曲线如图6所示。
0.00 5.00
10.0015.0020.00
Time [ms]
-0.03
-0.02
-0.01
0.00
0.010.02
0.03
Y 1 [W b ]
Ansoft LLC
Maxwell2DDesign1
XY Plot 3
Curve Info
FluxLinkage(P haseA)Setup1 : Transient
FluxLinkage(P haseB)Setup1 : Transient
FluxLinkage(P haseC)Setup1 : Transient
图6 三相磁链曲线 图7 电机剖分网格
建立好电机四分之一有限元模型后，把电机分为五部分进行网格剖分。
电枢绕组网格的最大步长为2.3mm ，磁钢网格的最大步长为1mm ，主体网格的最大步长1.5mm ，磁钢网格的最大步长0.068mm ，气隙网格的最大步长为0.075mm 。
剖分的网格如图7所示
进行分析后，其磁力线如图8所示。
(a)0s时(b)0.02s时
图8 磁力线分布图
电机的局部磁密分布图如图9所示。
由图中可以看出，电机定子、转子最大磁密未超过1.7T，即定子和转子未出现磁饱和现象。
(a)0s时(b)0.02s时
图9 局部磁密分布图
(a)0s时(b)0.02s时
图10局部磁密分布矢量图
2.2推荐方案参数调整分析
由于推荐方案的最高效率时的转速为440 r/min，为了进一步降低最高效率的转速，可以采取三种措施：
①在保证槽满率不是太高的情况下，增加绕组匝数并减小绕组线径。
绕组匝数为58匝时电机输出特性如图11所示，电机最高效率时的转速为200 r/min，
可是此时的输出功率不足100W，不能满足设计要求。
因此，本方案不适合采用。
图11增加匝数时电机输出特性
②增加定子铁芯轴向长度
定子铁芯长为25mm时的电机输出特性如图12所示。
对比图3可以看出，本方案最高效率使得转速降低到370 r/min，而且限流为9A时的功率也可以增加至180W。
因此，在安装空间不受限制的情况下，应尽可能增加电机轴向长度。
图12 铁心长为25mm的输出特性
③增加极数和槽数的调整
定子槽、转子极数分别为42/46电机参数见表3。
本方案采用0.69漆包线3股33匝，磁钢宽为9mm，定子齿宽3.5mm，磁密1.85T，最
高效率87%，转速为360r/min，性能和推荐方案相似。
输出特性如图13所示。
图13 方案5电机输出特性
在有限的定子外径上选择电机槽数时，应考虑定子结构强度和加工工艺。
太多的槽数会导致定子齿太窄而难以加工，强度也难以达到要求。
本方案相对于推荐方案来说齿数槽数较多，加工制造工艺复杂，成本高。
3低速时效率参数和功率参数的校核
上述仿真时是假设电机两端直接加在48V电源上的，此时电枢电流过大引起定子的铁耗和铜耗增加，电机在250 r/min以下时效率低于80%。
电动自行车电机实际工作时应配合带有限流电路的控制器使用，以实现低速时的过载保护和恒转矩输出。
下面根据设计要求的效率参数和功率参数对上述方案进行改进。
4.1推荐方案的校核
若输入24V电压，180 r/min时输出175W功率，效率为78%。
此时为3股φ0.69的漆包线并绕，定子电流密度约为8.2A/mm2，若增加匝数减小线径则会出现电流密度过大，减少匝数会导致最高效率的转速太高，低速时电流过大，转矩过小。
4.2推荐方案定子铁芯加长为25mm时的校核
由定子铁芯加长后的输出特性可知，在电机两端加48V直流电，电机输出功率约为200W 时，转速为370 r/min，此时减小电动自行车调速开关即可降低电机转速。
当电机PWM控制器控制输入电压的有效值为32V时，电机可在180 r/min时输出280W功率，此时电机效率为75%，达不到设计要求。
降低电压有效值至30V时，可以在180 r/min时输出230W功率，此时效率依然为75%。
继续降低电压至29V时，在180 r/min时仅能输出170W功率，此时效率依然为77%，由于功率和效率都太小达不到设计要求。
为了提高电机在180 r/min时效率，可以通过适当增加匝数降低电机最高效率时的转速来进行，当绕组线圈由φ0.69×31匝提升至φ0.69×35匝时，绕组槽满率由55%提升至62%。
当输入32V电压时，180 r/min时输出160W功率，效率为78%。
此时若通过提高输入电压来提高功率，则电机效率降低；若降低电压来提升电机效率，则功率降低。
继续升高匝数又有槽满率约束也是如此。
因为定子铁芯加长后的最优设计方案为：绕组线圈为φ0.71×31匝，绕组槽满率为58%。
若输入28V电压，180 r/min时输出190W功率，效率为79%。
4基于SIMPLORER的联合仿真模型的建立
采用仿真软件MAXWELL（有限元电磁场仿真软件）与SIMPLORER（电路仿真软件）
可共同构建BLDC电机控制系统的FEA（电磁场有限元仿真）模型，并通过SIMPLORER
与MAXWELL的联机仿真，来获得所设计电机的仿真结果。
联机仿真模型如图14所示。
PMSM Drive with Current Hysteresis Ban
w
F
图17电机在180 r/min时输出转矩（-0.5°）
在较低转速，例如100 r/min时，电机输出转矩如图18所示（初始角0.5），转矩仍约为8Nm左右。
图18电机在100r/min时输出转矩
5结论
通过对各方案电机设计参数的比较可知：
推荐方案设计的40极36槽分数槽绕组BLDC电机最高本体效率为87%，最高系统效率可达80%左右，在180r/min时可输出8Nm转矩，功率为150W。
因此，主要考虑成本时推荐推荐方案为首选方案。
若果能进一步增加定子铁芯的轴向长度至25mm，则：
推荐方案设计的40极36槽分数槽绕组BLDC电机最高本体效率为88%，最高系统效率可达83%左右，在180r/min时可输出9Nm转矩，功率为188W，可以达到设计要求。
因此，主要考虑成本时推荐推荐方案为首选方案。
永磁无刷直流电机简介
表贴凸出式和插入式转子磁路构造图
电气学院
1）表贴凸出式转子磁路构造 • 其构造简朴，制造成本较低，转动惯量较小，多用于矩形
波永磁同步电动机和恒功率运营范围不宽旳永磁同步电动 机中
2）表贴插入式转子磁路构造 • 这种构造可充分利用转子构造磁路旳不对称性所产生旳磁
阻转矩，提升电机旳功率密度。制造工艺也较简朴。一般 用于某些调速永磁同步电动机中。
B
（2）空载时铁心中旳附加（或杂散）损耗，它是由定转子开槽引起旳气隙磁导变化 而产生旳谐波磁场在对方表面产生旳表面损耗及脉振损耗。 （3）电气损耗，是由工作电流在绕组中产生旳损耗，对直流电机或同步电机而言， 也涉及电刷在换向器或集电环上旳接触电阻损耗。
（4）负载时旳附加（或杂散）损耗，是由定子或转子电流所产 生旳漏磁场在定、转子绕组里和铁心及构造件里引起旳多种损耗。
• 假如将一只霍尔传感器安装在接近转子旳位置，当N极逐渐接近 霍尔传感器即磁感应强度到达一定值时，其输出是导通状态；
• 当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出依 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并到达一定值时，其输出 才翻转为截止状态。
• 在S-N交替变化磁场下，传感器输出波形占高、低电平各占50%。 • 假如转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一种周期旳
✓ 具有很好旳力学特征，韧性好、抗压强度高、可加工等
✓ 价格合理，经济性好
电气学院
• 铁氧体：适合于对电机体积、重量和性能要求不高，而对电机旳经济 性要求高旳场合。
• 铝镍钴：适合于对电机体积、重量和性能要求不高，但工作温度超出 300度或要求温度稳定性好且电机旳成本不高旳场合。
• 钕铁硼：适合于对电机体积、重量和性能要求很高，工作环境温度不 高，对永磁体温度稳定性要求不高旳场合。
电动工具用无刷直流电机的设计
机 电 产 品 开 崖与 钏 新
Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ＆Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ＆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
Ｏ 引言
近年来 我 国电动工具 产业发展很 快 ， 已连续 几年 产量 超过 ３亿 台。然 而我 国电动工具 产量 虽大 ， 所用 电机却 大 多是落 后 的有刷 电机 ， 主要 有 串励 电机和永 磁直 流 电机 两 类Ｉ ｔ ］ ， 其 主要 缺点是 电机效 率低 ， 能耗 大 ， 而且使 用寿命 短 ， 有 的仅能 连续 使用 ２ ０多小 时就会 因碳刷 磨完 而 报废 ， 造
堵转转矩 ： Ｔ ． ５ Ｎ． ｍ。 为 了延长屯 池使 用时 间 ， 对 电机效 率 要求较 高 ， 把额 定工作 点 的运行 效率设 计为 ： ＝ ８ ０ ％。根 据
以上 参数 ． 就可 进一 步 计算 出 电机 的额 定 电流 、 额定 扭矩
和转矩 常数 ， 如下 ： 额定 电流 ： Ｉ ｏ ＝ Ｐ ／ （ － ｑ ｕ） 额 定扭矩 ：
Ｃｏ ｎ ｃ ｉ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｐｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｗａ ｓ ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎｔ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ｌ ｏ ｃ ｋ ｅ ｄ —ｒ ｏ ｔ ｏｒ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕｅ ｏｆ ｔ ｈｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｅ ｄ， ａ ｎｄ ａ ｎ ｅ ｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏｔ ｙ ｐ ｅ
《无刷直流电机》课件
无刷直流电机结构简单，维护成本较低，而交流电机结构复杂，维护 成本较高。
与永磁同步电机的比较
磁场结构
无刷直流电机采用电子换向，没有永磁同步电机的永磁体，因此 磁场结构不同。
调速性能
永磁同步电机具有较高的效率和转矩密度，但调速范围较窄；而无 刷直流电机调速范围广，适用于多种应用场景。
成本与维护
可靠性
总结词
无刷直流电机具有较高的可靠性，能够保证长期稳定运行。
详细描述
无刷直流电机采用电子换向技术，减少了机械磨损和故障，因此具有较高的可靠 性。此外，无刷直流电机还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，这使得它在 需要高可靠性的应用中成为理想选择，如医疗器械、军事装备等领域。
04
无刷直流电机的驱动控制
无刷直流电机的成本和维护相对较低，而永磁同步电机由于使用了 永磁材料，成本较高，但具有更高的效率和性能。
感谢您的观看
THANKS
05
无刷直流电机的发展趋势 与挑战
技术发展趋势
1 2 3
高效能化
随着技术的进步，无刷直流电机在效率、功率密 度和可靠性方面不断提升，以满足更广泛的应用 需求。
智能化控制
通过引入先进的控制算法和传感器技术，实现无 刷直流电机的智能化控制，提高其性能和稳定性 。
集成化设计
将无刷直流电机与其他部件（如驱动器、传感器 等）集成在一起，简化系统结构，降低成本。
详细描述
无刷直流电机采用先进的电子换向技术，避免了传统直流电 机机械换向器的损耗，因此具有更高的效率和功率密度。这 使得无刷直流电机在需要高效率和高功率密度的应用中表现 出色，如电动工具、电动车等领域。
调速性能
总结词
无刷直流电机具有优良的调速性能，可满足不同应用需求。
电动自行车无刷直流电机控制器设计最终版
2016届毕业生毕业设计说明书题目: 电动自行车无刷直流电机控制器设计院系名称：电气工程学院专业班级：自动F1205 学生姓名：余现飞学号： 2指导教师：王秀霞教师职称：讲师2016 年5月21 日摘要近年来社会经济快速发展的同时我们生活的环境也在遭受严重破坏。
随着民众的环境保护意识和资源节约意识不断提高，开发应用一种清洁、节能的新型交通工具已成为社会迫切的需要。
电动自行车的出现有效的解决了这一难题，极大满足了人们的需要，已经成为人们日常短距离出行常用的交通工具。
本文围绕无刷直流电机控制技术方面的问题，主要了解对转子位置检测、PWM 脉宽调制和电机控制策略等重要方面的问题，设计一个以PIC16F72单片机为控制核心的的无刷直流控制器，能够实现对电机基本的控制功能。
设计采用PIC16F72单片机作为控制系统的控制单元，采用IR2130驱动芯片为晶体管桥式电路提供驱动信号，实现对电机运行状态的有效控制。
该系统通过利用反电动势过零点法获取的转子位置信号输入到控制芯片，然后对输入的信号进行数据处理而后输入到驱动芯片来改变驱动电路中MOSFET管的导通顺序，进而实现对无刷直流电机的转速和正反转的控制。
通过欠压和过电流保护电路的设计实现对控制芯片和驱动芯片的保护，使系统能够可靠稳定的运行。
关键词：无刷直流电机；控制系统；IR2130；PIC16F72Title Design of Brushless DC Motor Controller for Electric BicycleAbstractIn recent years, the rapid development of social economy at the same time our living environment has also suffered serious damage. With the people's awareness of environmental protection and resource conservation, the development and application of a new type of clean and energy saving vehicle has become an urgent need of the society. The emergence of electric bicycles effectively solve this problem, greatly meet the needs of people, has become a common means of transportation for people's daily short distance travel.This paper focuses on the technical aspects of the brushless DC motor control, mainly to understand the important aspects of the rotor position detection, pulse width modulation (PWM) and motor control strategy, design a PIC16F72 MCU as the control core of the brushless DC controller to realization of electric machine the basic control function. PIC16F72 microcontroller is used as the control unit of the control system, and the IR2130 driver chip is used to provide the driving signal for the transistor bridge circuit to realize the effective control of the motor running state. The system by using the back EMF zero method to obtain the rotor position signal input to the control chip, and the input signal of data processing which is then input to the driver chip to change the driving circuit of MOSFET conduction sequence and then realize to turn Hayawa Masa inversion of control of Brushless DC motor. Through the design of under voltage and over current protection circuit, the protection of the control chip and the drive chip can be realized, so that the system can run reliably and stably.Keywords:Bushless DC motor；Control system；IR2130；PIC16F72目次1绪论 01.1无刷直流电机的发展概况和趋势 01.2课题研究的目的和意义 01.3设计的要求与内容 02硬件器件的选择 (2)2.1整体硬件结构图 (2)2.2 电机本机的选择 (3)2.3主控芯片的选择 (3)2.4驱动芯片的选择 (4)2.5转子位置检测方法的选择 (5)3硬件电路设计 (6)3.1电源电路模块 (6)3.2驱动电路模块 (6)3.3电流检测模块 (7)3.4转子位置检测电路模块 (8)3.5欠压检测电路模块 (9)3.6速度控制电路模块 (9)3.7刹车电路模块 (10)3.8单片机最小系统 (11)4 软件设计 (12)4.1主程序 (12)4.2定子绕组换相子程序 (13)结论 (14)致谢 (15)参考文献 (16)附录 (17)1绪论1.1无刷直流电机的发展概况和趋势19世纪40年代有刷直流电动机诞生，在相当长的一个阶段内凭借它优秀的线性机械特性、调速范围宽、较大的启动转矩等特点在诞生以来在电动车驱动装置中占据着主导地位，但普通的直流电动机存在换向时电刷和换向器的强迫性接触造成电机运行不稳定，可靠性差，经常需要定期维护和保养，而且电刷和换向器接触时会产生火花和噪音等缺点大大限制了其应用范围。
无刷直流电机最终版
霍尔器件 ——以锁存型为例
霍尔元件按功能可分 为三大类：线性型、 开关型和锁存型
锁存器霍尔元件时一个仅有“0”和“1”两
种状态的双值器件。一个双值器件有两种状态，
二个双值器件有四种状态，n个双值器件有
2n
种状态。根据上述原则，对于最常见的“而相
导通星形三相六状态”的电机而言，一般采用
三个霍尔器件。它们在圆周的配置有两个方案：
相隔60度电角或相互间隔120度角。
举例：“二相导通星形三相六状态无刷直流 永磁电动机的工作情况”
逆变器是六个BG1至BG6的功率开关元件 所组成的桥式电路，霍尔转子的位置传感 器输出地A、B和C三个信号馈送至 PIC18FXX31微控制器，作为 PIC18FXX31微控制器的输入信号。然后， PIC18FXX31微控制器根据下表所规定的 驱动顺序定义，对逆变器中六个功率开关 器件的导通和截止状态进行控制
以三相星形桥式连接为例
三相导通星形三相六状态
二相三相轮流导通星形三相十二状 态
二相导通星形三相六 状态
霍尔磁敏传感器
无接触式旋转变压器和霍尔磁敏传感器是目前被广 泛采用的两种转子位置传感器。霍尔磁敏传感器在 具有质量轻、尺寸小、制造成本低和便于大规模生 产等优点的同时，存在着对环境条件要求严、温度 适应范围窄和可靠性差等缺点。因此霍尔磁敏传感 器被广泛地用于计算机的软硬件盘驱动器、激光打 印机、试听设备和家用电器等民用电动机中。
无刷直流电机的特点
无刷直流电机与有刷直流电机的区别，有刷电机采用机械换 向，寿命短﹑噪声大﹑产生电火花，效率低。它长期使用碳 刷磨损严重，较易损坏。同时磨损产生了大量的碳粉尘，这 些粉尘落轴承中，使轴承油加速干涸，电机噪声进一步增大 。有刷电机连续使用一定时间就需更换电机内碳刷。无刷电 机以电子换向取代机械换向，无机械摩擦，无磨损，无电火 花，免维护且能做到更加密封等特点所以技术上要优于有刷 电机。
电动自行车中使用的直流电机概述
电动自行车中使用的直流电机概述电动自行车的发展离不开其所采用的核心驱动元件——电机的发展，其实电机本身的发展自有其规律，但把电机与自行车结合起来研究将是一件十分有意义的事情。
引言电动自行车的发展离不开其所采用的核心驱动元件——电机的发展，其实电机本身的发展自有其规律，但把电机与自行车结合起来研究将是一件十分有意义的事情。
本文简述目前国内市场上电动自行车中所采用的各种直流电机的基本概况，指出其产品类型、结构、性能特点、使用场合等。
分类2.1 按电机类型分类电动自行车所用直流电机按电机本身类型可分成以下几类。
2.1.1 普通永磁直流电动机这类电机即为通常使用的永磁直流电动机。
电机定子为铁氧体或钕铁硼永磁磁钢磁极，转子为普通直流电机转子，电机转速2000～4000r/min。
这类电机需配备减速齿轮箱后才能用于电动自行车上。
2.1.2 普通无刷直流电机将有刷直流电机改为无刷直流电机，所不同的是定子为多相散嵌绕组，而转子为永磁磁极。
这类电机转速设计的较低，一般不需减速机构，电机转速500～1000r/min。
电机装于自行车的中轴上(习惯称中置电机)。
由于采用无刷电机，因此这类电机通过驱动线路控制很容易实现调速。
2.1.3 印制绕组、线绕盘式直流电机采用这两种电机的主要目的是利用这类电机薄饼式结构特点，使电机整体便于在自行车上合理安放。
这类电机转速较高，3000～4000r/min，电机功率较大。
本类电机需要与减速齿轮机构相配才能用于电动自行车上。
线绕盘式直流电机由于其绕组参数便于调整，因此设计上可使电机特性有较大的变化，能适应多种负载特性要求。
2.1.4 外转子无刷直流电机这类电机轴向尺寸短，而铁心外径较大，因此结构上为扁平式，其电机结构和工作原理与普通无刷电机相类似，但该电机为外转子(定子磁钢)式无刷直流电机，电机极数较多，转速较低，在200r/min左右，无需减速齿轮，结构简单，安装在自行车后轮轴上。
200W直流无刷电机调速驱动装置说明书
200W直流无刷电机调速驱动装置说明书一、概述1、本驱动装置采用48V/200W或36V/150W直流电源。
2、在加装散热器时可支持4A工作电流（无散热器时可短时间支持4A工作电流）。
3、采用恒速控制。
4、支持正反转工作。
5、调速采用PID控制，实现平稳调速和快速反应。
6、具有过载保护功能，7、通过0802液晶显示屏和3位按键板构成操作界面。
a)通过上电状态设置和初始转速设置可选择上电直接运行预设转速或上电后通过操作进行调速。
8、可设置最高限制转速。
本驱动装置支持配套的直流无刷电机，其它电机需将电枢的相序和霍尔器件的相序调整到与配套电机一致方可应用，或由我方根据电机相序整定驱动器相序亦可。
二、电气连接按图1所示1、将3号按键板连接到显示板的按键板接口上。
2、将1号驱动板和2号显示板的通讯接口连通。
3、将电机的电枢接口插到驱动板的电机电枢接口上。
4、将电机霍尔接口插到驱动板的霍尔接口上。
5、连接电源线即可。
三、操作指南1、上电状态设置按住减速键（-）再上电，液晶屏第一行显示“POWER ST”表示上电状态，第二行显示“ON”或者“OFF”表示上电直接按预设转速运行的功能开启还是关闭（出厂默认是“OFF”，以后则显示上一次设定的状态），“ON”表示开启，“OFF”表示关闭，可以按加速键（+）对两种状态进行切换以供选择，选定后按开关键（M）确认。
如果选择的是“OFF”则装置被设置为预设转速关闭状态，转速给定值为默认的20转每分钟，并且电机的启动需要按开关键（M），启动后可按加速键或减速键修改给定转速（给定值于液晶屏第二行显示）装置将自动根据给定值调整电机转速（电机的实际转速值于液晶屏的第一行显示）。
如果选择的是“ON”则装置被设置为预设转速开启状态，此时液晶屏第一行显示“RunSpeed”（运行速度），第二行显示上次设定的预设转速（出厂默认为“0000”），可按加速键或减速键进行修改，按一下加减“10”长按则可连续加减。
直流无刷电机电动自行车控制器的硬件设计
直流无刷电机电动自行车控制器的硬件设计摘要：电控系统是电动自行车的核心部件，其控制器的性能是决定电动自行车稳定可靠运行的重要因素。
本文主要对于直流无刷电机电动自行车控制器的硬件设计相关技术进行分析，对于今后电动车控制系统设计具有一定帮助。
关键词：直流无刷电机控制器，电源转换，硬件设计，电路设计电动自行车控制器的硬件部分分成以下部分[1,2]：电源部分是利用控制器的电源VSS经过电压转换产生+5V和+15V，分别供给单片机及其外围部分和IOR2103功率驱动部分，VSS提供MOSFET管的电源输入；欠压检测部分把VSS通过电阻分压送入单片机与设定电压比较来判断电源是否欠压；换相电路通过74HC08与非门产生跟电机相位序列一致的控制序列，经过霍尔传感器利用反电势原理的位置信号，把该信号的状态与电机的固定序列进行比较判断换相的正确性；MOSFET驱动电路由IOR2103把上管和下管控制信号进行放大，从而来驱动大功率管。
1 芯片选型设计硬件前有许多准备工作需要做，他们是硬件设计的基础主要有芯片选型芯片选型。
在电动自行车无刷电机控制器这样一个应用场合来说，根据对控制器的要求有多种数据处理芯片可供选择。
若控制方法复杂、运算量较大，精度性能要求较高，可以选用OSP高性能芯片船1。
若运算量较小，速度要求不特别高，主要运算为逻辑运算，而且输出I／O口较多，则应用单片机设计较好。
单片机的好处是自带I／O接口、PWM模块、捕捉／比较功能、外中断、内部定时器甚至通讯、自编程等功能方便实现用户功能的同时大大减少外围电路、降低成本和可靠性。
目前市场上单片机种类型号非常多，多家公司在生产，各有所长。
这其中，MICROCHIP公司的PIC系列单片机型号尤其丰富，内部功能模块配置多样、齐全，12位、14位、16位及32位(按指令长短区分)一应俱全，以适应市场细分化的趋势而取得销售份额的增长。
所以，此次研究的控制器，采用PIC单片机。
永磁无刷直流电机的设计与电磁分析
本次演示采用有限元模拟和优化设计等方法对永磁无刷直流电机进行设计和 电磁分析。最后，对永磁无刷直流电机的电磁性能进行分析和讨论，包括磁场分 布、功率损耗、效率等，并指出了研究的不足和未来研究方向。
引言：
永磁无刷直流电机是一种具有高效率、低噪音、长寿命等优点的电机，在工 业自动化、电动汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。随着技术的不断发展， 对永磁无刷直流电机的性能要求也不断提高。因此，本次演示旨在通过对永磁无 刷直流电机的设计与电磁分析，提高其性能指标，以满足不同领域的应用需求。
参考内容
基本内容
盘式永磁无刷直流电机是一种先进的电动设备，具有高效率、低噪音、长寿 命等优点。本次演示将详细介绍盘式永磁无刷直流电机的电磁设计过程，包括磁 场分布、线圈绕制、绝缘设计、冷却系统等，旨在为优化电机性能提供理论支持 和实践指导。
盘式永磁无刷直流电机是一种结合了永磁电机和无刷直流电机的优点的新型 电动设备。它采用永磁体作为磁源，可直接产生恒定的磁场，避免了传统有刷直 流电机需要定期更换电刷的缺点。盘式结构使得电机散热性能好、机械强度高， 能够在恶劣环境中稳定运行。
电磁设计是盘式永磁无刷直流电机设计的核心环节。磁场分布是电磁设计的 首要环节，合理的磁场分布可以提高电机性能、降低谐波损耗。线圈绕制方法对 电机的功率密度、电气性能和机械特性有着重要影响。在电磁设计中，需要综合 考虑线圈材料、线径、匝数等因素，以实现电机的高效运行。
绝缘设计对于盘式永磁无刷直流电机的可靠性至关重要。线圈绝缘材料的选 用和结构设计直接影响到电机的电气性能和机械特性。在电磁设计中，应充分考 虑绝缘材料的电气性能和机械性能，以满足电机在高温、高湿等恶劣环境下的正 常运行。
文献综述：
自20世纪50年代第一台永磁无刷直流电机问世以来，国内外学者对其进行了 广泛研究。研究内容主要包括电磁场分析、优化设计、控制策略、可靠性等方面。 在电磁场分析方面，有限元法等效磁路法、模拟仿真等方法被广泛应用。在优化 设计方面，主要从电机结构、材料、工艺等方面进行优化。
电动自行车用160W永磁无刷直流电机选型及结构参数设计
电动自行车用160W永磁无刷直流电机选型及结构参数设计1．综述无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电机的效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，非常适合在电动自行车上应用。
电动自行车用160W驱动电机采用的无刷直流电机具有以下优点：⑴结构简单，维护方便。
⑵采用电子换相，工作可靠，电子换相器寿命长。
⑶由于不采用电刷，因此不存在电刷带来的噪音、火花及无线电干扰等问题。
⑷能够方便地实现充油均压密封，作为水下电机使用体积小，重量轻。
⑸绕组位于定子上，转子上为磁钢，定转子仅通过气隙相互联系，易于实现电机的集成设计。
每极每相绕组不是整数的绕组称为分数槽绕组。
电动自行车电机采用分数槽绕组后可具备以下优点：⑴对于多极的无刷直流电机可采用较少的定子槽数，有利于槽满率的提高，进而提高电机性能；电机采用相对较多的极数，可减小转子铁心的磁通量，即可减小转子铁心厚度。
⑵增加绕组的短距和分布效应，改善反电动势的正弦性；⑶每个绕组只绕在一个齿上，缩短了线圈周长和绕组端部伸出长度，减少了用铜材的消耗；⑷从工艺上来看，较少的元件数量可简化嵌线工艺和接线，降低成本，同时线圈间没有重叠，不必相间绝缘；⑸效率上：线圈周长和绕组端部伸出长度较短，电机内阻小，电机铜损少，进而提高了电机效率并降低了温升；⑹降低了齿槽转矩，有利于减少振动和噪声。
2．联合仿真及操作步骤（2011-10-18）ANSOFT公司开发的电磁场数值计算方法的有限分析软件——Maxwell，可提供了一种方便快捷且准确的仿真环境，准确分析电机内部电磁场的分布情况，能自动计算电机的自感、互感、磁链、转矩等参数。
同时，ANSOFT公司还提供另一款电路仿真软件――SIMPLORER，可以搭建BLDC电机驱动系统的瞬态模型，将电磁场仿真与电路、控制系统仿真结合起来，能够有效且真实地对BLDC驱动系统进行仿真研究，为本设计提供相应的理论依据和数据支持。