八极九槽无刷直流电动机

五邑大学本科毕业设计

第1章 绪论

1.1 课题背景和选题意义

低速大转矩电动机淘汰了笨重的减速机构，避免了减速机构带来的结构复杂、转动惯量大、效率降低、噪声增加、润滑油泄露、传动间隙、磨损维护频繁等各种不利影响。因此这类直接驱动电动机作为传统电动机加减速器系统的替代产品得到了很大的重视，并己得到一定程度的应用.

在各种各样的直接驱动电机中，与其它类型低速大转矩直接驱动相比，直接驱动永磁无刷电机具有更高的功率密度和转矩密度，具有更高的运行效率，因此更具应用前景。低速大转矩永磁无刷电机尽管在结构和原理上等同于传统的高速永磁无刷电机，但随着现代科技的发展，人们对其性能要求发生了很大变化，如对转矩脉动要求严格，同时为适应目前的节能大背景，对其效率指标也提出了新的要求。其次，由于该种电机体积较大，电机的有效材料消耗量大，如何提高该种电机的有效材料利用率是该种电机研制开发的一个重要课题。

过去，永磁无刷电机大多采用整数槽绕组的设计，近年分数槽绕组技术在无刷直流电动机上应用日益广泛，而且具有自己的一些特点。与整数槽相比，无刷电机采用分数槽特别是采用每极每相槽数小于1的分数槽绕组甚至分数槽集中绕组有如下好处：

1）在电机设计时，电机的齿部磁密应尽可能均匀，这样才可以充分利用电机的有效材料，充分利用电机的有效空间

2)平均每极下槽数减少，以较少数目的大槽代替较多数目的小槽，有利于槽满率的提高、线圈周长和绕组端部缩短，使电动机绕组较少、铜损降低，进而提高电动机的效率、降低温升、降低时间常数、提高快速性、增加功率密度等。

3)增加绕组的短距和分布效应，改善电动势波形的正弦性。每极每相槽数

4)由于分数槽电机齿槽转矩频率较高，齿槽效应转矩幅值通常比整数槽绕组小，有利于降低振动和噪声

5)分数槽绕组电机有可能得到线圈节距了=1的设计(集中绕组)。每个线圈只绕在一个齿上，缩短了线圈周长和绕组端部伸出长度，减低用铜量;各个线圈端部没有重叠，不必设相间绝缘。

采用高性能的永磁材料，就可满足电机的尺寸、重量和性能之间的协调要求，多极磁路可减小磁扼，因而可减小电机的体积与重量，多相供电可以增加电机的电负荷，提高绕组的利用率。

因此本文研究的多相供电分数槽集中绕组的永磁无刷直流电机同时研究其他相关控制和设计计算问题具有重要理论意义和现实意义。本文研究的课题为三相供电八极九槽永磁无刷直流电机。

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1.2 永磁无刷电动机分数槽绕组结构的应用研究现状

最近几年开发的直接驱动洗衣机基本上都采用集中绕组分数槽无刷电动机，例如，日本东芝公司采用PZ为36/24方案;哈尔滨工业大学在其直接驱动洗衣机的无刷电动机多个

专利中公布了所采用的有2P=27/26、27/24、21/20、24/22、18/16多个方案;也有采用

PZ=18/20方案的。中外航模专用无刷电动机采用12/14、12/8、9/6、6/8、6/4等方案。

电动自行车和摩托车用无刷直流电动机采用24/22、21/20、21/22、36/40、51/46等方案;磁盘机采用9/8、12/10方案等等。

目前对低速大转矩分数槽集中绕组永磁无刷电机的研究很广泛，从不同极/槽配合电机的性能对比而得到该种电机的设计准则，到根据其电感参数的特点而引起的其特殊应用研究，还有为进一步提高电机的转矩密度、降低电机的齿槽转矩而采用多相分数槽集中绕组结构，对电机的不平衡磁拉力进行了研究。目前的研究或者固定电机的气隙直径和有效长度、或者固定电机的外径尺寸，改变槽数及极数进行电机的性能比较，忽视了电机极数变化对电机结构尺寸的影响。分数槽集中绕组由于电感的增加而导致最大功率降低，显然在某些应用领域出于对过载能力的要求而不能采用分数槽集中绕组电机，为此需要降低电机的电感，也就是应该提高分数槽绕组电机的q值，目前很少有文献对从低速大转矩分数槽集中绕组电机(一般q<0.5)到q=1电机进行综合比较。

1.3 论文的主要内容

本文的主要内容包括以下几个方面:

1)研究三相八极九槽永磁无刷直流电机，着重研究这种电机的理论、运行机理、电机结构、实现方法，并对这种电机的换向状态进行详细的讨论。

2)研究一套基于MC33035专用芯片的三相八极永磁无刷直流电机的控制系统，包括保护电路、驱动电路和逆变电路，着重研究这种方法的理论基础、实现方法，以及如何对电机各性能参数进行控制。

1.4 论文预计进程：

4月完成电机的定子转子尺寸结构，绕线组，和电机外壳等相关设计。

5月份完成电机控制系统，包括反馈系统，基于MC33035芯片控制模块和功率驱动模块等。

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1.5 需要对下列问题着重进行研究分析：

1)磁路结构和设计计算。必须建立新的设计概念，重新分析和改进磁路结构和控制系统;应用现代的设计方法，研究新的分析计算方法，以提高设计计算的准确度;采用先进的测试方法和制造工艺。

2)控制问题。 永磁电机制成后不需要外界能量即可维持其磁场，但造成从外部调节、控制其磁场极为困难，然而，随着电力电子器件和控制技术的迅猛发展，大多数永磁电机在应用中，可以不必进行磁场控制而只进行电枢控制。

3)不可逆退磁问题。在设计和制造时，要分析各种不同结构形式的抗去磁能力，采用相应措施保证永磁电机不失磁 。

4)成本问题。在设计时既需根据具体使用场合和要求，进行性能、价格的比较后取舍，又要进行结构工艺的创新和设计优化以降布氏成本。

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第2章 八极九槽无刷直流电动机的结构和工作原理概述

2.1 电机的基本组成部分

2.1.1 电机结构

本课题研究三相八极九槽永磁无刷直流电机由下列几部分组成:电机本体(带有电枢绕组的定子和永磁转子)、位置传感器和电子换向线路。这种电机本身结构简单紧凑、体积小、重量轻，无机械换向。它不仅保留了直流电机优良的调速性能和机械特性，而且避免了直流电机由于机械换向带来的一系列问题。其结构框图如图2-1所示。

图2.1 无刷直流电动机组成框图

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