无刷直流电动机的设计

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本论文仅供大家学习和参考用

无刷直流电动机的设计摘要

【摘要】

无刷直流电动机是近年迅速兴起的一种新型电机，它广泛应用与工业，农业，以及军事等领域。无刷直流电动机既保持了直流电动机良好的调速控制特性，又消除了电刷和换向器的机械接触。

本文是对无刷直流电动机做出深入的剖析与设计。无刷直流电动机是一种具有高效率、低磨损、低噪声的新型直流电机机种.本设计在介绍无刷直流电动机设计中，关于相数、极数、槽数及绕组连接方式的选择方法和应遵从的规律.而且针对小功率直流电动机结构特点和工作性能，在电枢反应理论基础上设计出功率为120w的无刷直流电动机，并对霍尔位置传感器和无刷电动机的控制及驱动做了详细的分析。

【关键词】设计无刷直流电动机霍尔位置传感器

Design of Brushless DC motor

【Abstract】

Brushless DC motor is rapidly development new motor in the recently, and it widely used in industry、agriculture and in the army. The better governing speed characteristic is kept and the mechanical touch between brushes and commutator is removed as well in brushless DC Motors.

This paper intends to make a better on the Design of Brushless DC motor .The DC motor without coal brushless is in a new style, with higher work rate. Less wear and lower noise. This paper presents the method of selecting phase, slot number and winding connection type and introduces the laws that should be obey in the design of brushless DC motor. Also based on introducing the structure of a light power DC motor, a 120w light power DC motor is design according to the theory. Not only make a lot of analyzed about the Hall position sensor in this paper .but also the brushless DC’s controls and the driving-methods for brushless DC.

【Key words】design brushless DC motor Hall position sensor

前言

无刷直流电动机是近年来随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型直流电动机，它是现代工业设备、现代科学技术和军事装备中重要的机电元件之一。无刷直流电动机是以法拉第的电磁感应定律为基础，而又以新兴的电子技术、数字技术和各种物理原理为后盾，因此它具有很强的生命力。

随着国民经济的发展、科学技术的进步和人民生活永平的提高。对电机的性能提出了许多新的更高的要求。而无刷直流电动机的问世和不断完善，以及电力电子技术的发展，为满足这些要求提供了可能。

无刷直流电动机是最近发展起来的结合了多学科技术的一种新型电机，其最大特点就是没有换向器（整流子）和电刷组成的机械接触机构。加之，它通常采用永磁体为转子，没有激磁损耗；发热的电枢绕组又通常装在外面的定子上，这样，热阻较小，散热容易。结合机电一体化，具有高速度、高效率、高动态响应、高热容量和高可靠性、无换向火花等优点，同时还具有低噪声和长寿命等特点。

目前无刷电动机已广泛应用于各种领域，如宇宙航行、航海、医疗仪器、分析仪器、材料处理、过程控制、机床工业、纺织工业和轻工机械等。

众所周知，有刷直流电动机具有旋转的电枢和固定的磁场。因此，有刷直流电动机必须有一个滑动的接触机构——电刷和换向器，通过它们把电枢流馈给旋转着的电枢。无刷直流电动机却与前者相反，它具有旋转的磁场和固定的电流。这样，电子换向线路中的功率开关元件，如晶体管或可控硅等可直接与电枢绕组连接。

另外，在电动机内，装有一个位置传感器，用来检测主转子在运行过程中的位置。它与电子接向线路一起，代替了有刷直流电动机的机械换向装置。

综上所述，无刷直流电动机由下列三大部分组成：

（1）电动机本体——带有电枢绕组的定子和永磁转子；

（2）位置传感器；

（3）电子换向线路。

与此同时，随着计算机硬件和软件技术的迅猛发展。数值计算、优化设计和仿真技术

等现代设计方法的不断完善，经过电机学术界和工程界的共同努力，在无刷直流电动机的设计理论、计算方法、结构工艺和控制技术等方面都取得了突破性进展，形成了一整套分析研究方法和计算机辅助分析、设计软件。

本次毕业设计由电气与信息工程系邓秋玲老师指导。设计过程中邓秋玲老师对本课题组给予了热心的指导和热情的帮助，在此对邓秋玲老师谨致诚挚的谢意。

由于本人水平有限，说明书中难免会出现疏忽甚至错误，敬请老师谅解，恳请给予批评指正，谢谢！

编者：倪华安

设计思路

近年来，这种新型的无刷直流电机是属于微电机，已不断出现在各个领域。这主要是由于无刷直流电机革掉了老式直流电机中必不可少的炭刷和换相器，因而大大提高了电机的寿命和可靠性；而又保留了直流电机的高效，易控，体积小，重量轻和性能好的优点。在家电的领域中，引入这种由高科技开发出来的电机，将使某些家电产品面目一新。随着电子技术的进步，过去靠用炭刷和换向器来实现的线圈电流换向过程，现可由电子元器件组成一定的电子线路，并与电机绕组的各相的线圈相联，实现线圈电流的换向，即为无刷直流电机。

本课题为25W无刷直流电动机的设计，首先是对无刷直流电机的结构论述，在分了解结构和原理的基础上，而进行电磁计算，在结构中它有不同于一般的直流电机，由于没有换向器和电刷的机械接触机构，且其转子采用永磁体，这样使其机构简单，不过要在其辗转上另加一个位置传感器装置，则需加长其转轴，在设计程序过程中，首先在主要技术要求下，确定绕组形式，在本设计选用“一相导通星形三相三状态”形式，电子换向及驱动线路为非桥式这样使电动机及线路结构简单，节省电子元件及成本，其次是主要尺寸的确定，其中永磁体尺寸的确定是关键，关系到整个电机的运行性能和电机的成本，根据电机的运行性能及成本，本设计选择了国产铝镍钴永磁材料；LNGT 72 该材料剩余磁感应强度高，温度系数小，价格比较便宜，在它构成磁路前必须事先对永磁体进行稳磁处理，即事先人工预加可能发生的最大去磁效应，人为地决定回复线起点P位置，使电机在规定或预期的运行状态下，回复线的起始点不再下降了。

接着进行磁路的计算，本设计的磁路设计方法不同于一般电机的计算方法，常用方法是在先设定每极磁通的情况下，算出空载特性曲线和永磁体的去磁曲线，由交点得出空载磁通，从而进行绕组的计算，最后进行主要技术指标核算和效率计算及性能核算。

在磁路计算后，对位置传感器的选择，本设计为电磁式位置传感器。最后进行电动机驱动线路设计。