无刷直流电动机设计

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1、前言人类在进入工业化社会之后，大量使用地球上石油、煤等化石能源，空气中的二氧化碳和二氧化硫急剧增加，造成了酸雨蔓延和温室效应，特别在二十世纪后期，酸雨大面积扩展，几乎蔓延至所有国家，“厄尔尼诺现象”、“主尼拉现象”频繁出现。酸雨造成农作物减产，大片森林死亡;温室效应给工农业生产和人民生活造成的损失，无法估量。目前，发展中国家的空气还在进一步恶化，我国作为世界上最大的发展中国家。环境问题已经引起党和国家以及人民群众重视。随着我国改革开放的深入，人民的生活水平日益提高，在家用轿车还没有普及的情况下，摩托车和燃油助动车得以广泛使用，这给我国城市的环境问题带来很大压力，例如在上海市，1995年

2、中心城区内机动车的一氧化碳、非甲烷有机物和氧化氮排污负荷分别占该区域内相应的排放总量的76%、93%和44%;一些城市如上海、广州、合肥、济南等，己相继出台政策法规，停止有限量核发摩托车和燃油助动车的牌照。因此，研制生产出一种无污染、低噪声的交通工具来替代摩托车和燃油助动车，已是时代的需要。电动自行车正是在这样的呼唤下，逐步走进人们的生活中。电动自行车与摩托车、燃油助动车相比较，它具有突出的优点:为了解决燃油车对环境造成的严重污染和缓解日益突出的能源危机，许多国家都在寻找替代燃油机车的交通工具。相继开发了以天然气、甲醇为燃料的交通工具，相比之下，电动车以零污染、高效率、低噪音的特点被认

3、为是真正的“绿色”交通工具，而电动汽车受到机电、电池的限制，批量进入市场还有一定的难度，电动自行车却得到迅速的发展。中国是一个自行车王国，据报道全国自行车拥有量为4.5亿。随着我国城市化进程加快，用电动自行车替代摩托车、燃油助动车和自行车，一方面可以缓解城市中大气污染问题，另一方面也可以提高人们的生活节奏，因此电动自行车的社会需求市场巨大，据专家预测，本世纪初，我国电动自行车年需求量将达到100万辆以上。目前，我国市场上国产电动自行车的品种规格较多，驱动多数用有刷或无刷的轮式直流电机，工作电压为24V、36V或48V，功率在150W--400W之间;蓄电池一般用的是免维护铅酸蓄电池，容

4、量为12Ah，充电时间在3--8小时左右，充电一次行驶里程约50Km左右;车速低于20Km/h，爬坡能力在4度上下;车型有普通型和豪华型，车重约35Kg，载重量约75Kg，一百公里耗电量在1kwh.51由于电动自行车的诸多优点，市场需求量大，因此电动自行车在未来的发展潜力比较大;但是目前市场上的电动自行车还或多或少存在一`些不够完善的地方。使用有刷直流电动机容易解决电压的换向问题，但是噪音大，而且碳刷容易磨损、损坏，增大维护、维修难度、增加使用成本;使用位置传感器，容易解决直流无刷电机换向时，转子的位置检测，但是增大了电机的设计、制造、安装的难度和电机的体积，也增加成本。因此，本课题主

5、要任务是利用现代电力电子技术来解决无刷直流电机换向问题，从而解决电动自行车控制、驱动中不完善的地方。本论文主要内容包括:l、介绍了无刷直流电动机的主体结构和具体工作原理，在给定的技术要求的基础上设计作了电机电磁设计，位置传感器选择，驱动系统设计用到了较先进的PWM控制等工作。2、根据查阅的各种相关资料，对电动自行车的最新发展动向进行了简述，并在此基础上对电动自行车用电机的发展进行了展望和对研究中要注意的问题作了简要总结。51目录摘要ⅠAbstractⅡ第一章绪论51.1无刷直流电机在电动自行车上的应用概况51.2简易发展史和原理方框51.3电动自行车用永磁电机的性价比因素61.4设计方

6、法初探7第二章自行车用无刷直流电动机的结构和原理基本设计92.1无刷直流电动机的基本结构92.2.1电动机的本体102.2.1位置传感器102.2.1电子换向线路162.2无刷直流电动机的原理与基本设计162.2.1无刷直流电动机的工作原理162.2.2电枢绕组的连接方式192.2.3换流线路基本设计202.2.4绕组连接方式、相数、槽数的选择202.2.5位置传感器的设计222.3无刷直流电动机的运行特性232.3.1无刷直流电动机系统的组成232.3.2系统方程式242.3.3运行特性分析262.4电动自行车用电动机简易数学模型26第三章无刷直流电动机的电磁设计293.1磁路系统的

7、设计303.1.1磁路结构与等效磁路图303.1.2磁钢的最佳工作点与稳定方法313.2电枢反应333.3.1直轴电枢反应333.3.2交轴电枢反应343.3.2电枢反应总结353.4电磁设计程序清单35第四章自行车用无刷直流电动机的电子线路设计444.1设计概述444.2线路基本工作原理454.3线路设计实施方案4551第五章有待深入解的几个问题505.1转矩的脉动的分析515.2最佳换向问题515.3更佳的无位置传感无刷电机简述525.4一