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1、电动工具用无刷直流电机的设计吕新明湖州职业技术学院摘要：论文给出了一种锂电池供电的电动工具用无刷直流电机设计方法。研究了这类电机的定子铁心尺寸、绕组匝数、导线直径、永磁体牌号尺寸等主要结构参数的计算。给出了简洁而实用的计算顺序，校核了电机的堵转扭矩，并给出了一个工程样机的设计案例。最后对工程样机进行了测试，给出了实测结果，证明了设计方法的正确性。关键词：电动工具;无刷直流屯机;高速屯机;作者简介：吕新明，男，博士。主要研究方向:机电产品的设计。DesignoftheBrushlessDCMotorUsedforElectrieToolsLVXin-Mi
2、ngHuzhouVocational&TechnicalCollege;Abstract：Designmethodofthebrushlessdemotorusedforlithiumbatteryelectrictoolswaspresented.Thecalculationofmainstructureparameterswasstudied,suchasthecoresize,thewindingcirclenumber,thewirediameter,thePermanentmagnettypeandsize,andsoon.Concisean
3、dpracticalcalculationsequencewaspresented.Thelocked~rotortorqueofthemotorwaschecked,andanengineeringprototypedesigncasewasgiven.Finally,thedesignedengineeringprototypewastested,andthemeasuredresultsweregiven.Theresultsshowthatthedesignmethodiscorrect.Keyword：electrictools;brushl
4、essDCmotor;parameterdesign;0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山，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20多小时就会因碳刷磨完而报废，造成严重的资源和能源浪费。因此，用无刷直流电机取代有刷电机，提高电机寿命和运行效率是当务之急111。本文给岀了一种电动工具用无刷电机的设计案例，可为此类电机的设计提供参考。1电机主要结构设计1.1主要性能指标的确定本文设计的专用无刷直流电机用于手电钻
5、。根据现有技术规格，提出主要性能指标如下：外形尺寸：外径36mm,轴向高度58mm;额定工作电压:U=18V;额定输出功率:P=120W,额定转速:n=19000rpm,堵转转矩:Td=0.5N.mo为了延长电池使用时间，对电机效率要求较高，把额定工作点的运行效率设计为:H=80%o根据以上参数，就可进一步计算出屯机的额定屯流、额定扭矩和转矩常数，如下：额定电流：额定扭矩:转矩常数:代入已知参数，算得电机的额定电流为:8.3A,额定扭矩为:0.06N-m,转矩常数为：6二0.007237N.m/A。1.2电机永磁体的选择该电机功率密度很高，对堵转转矩要
6、求也高，因此选取了高温烧结钱铁硼作转子磁体，具体牌号为:45SH,工作温度150。C,表面剩磁1.3T,磁感应矫顽力1003KA/m,内禀矫顽力大于1592KA/mo手屯钻要求电机在堵转条件下能承受大电流冲击而不退磁，并能提供足够的堵转扭矩，因此转子磁钢要有足够的厚度，这里取厚度为3伽。1.3电机极数与槽数的选择该电机额定转速19000rpm,属于高速电机，所产牛的高频交变强磁场会带来很高的铁耗。为降低铁耗，需尽可能降低转子磁场频率。由于不可能改变转速，也就只能减小极对数，故采用转子2极、定子3槽结构的组合模式，可最大限度地减小电机铁耗。1.4定子铁心
7、主要结构和尺寸根据手电钻所要求的电机安装尺寸，设计了定子冲片结构如图1所示。铁心外径取36mm;极宽4mm;定子轨宽度应犬于极宽的一半，取为2.2mm;极靴宽度加m,结构如图1所示。另外取定子铁心轴向叠片长1为27mmo图1定子铁心主要结构和尺寸Fig.1Thestructureandsizeofthestatorcore下载原图1.5定子线圈匝数的设计设定子极内部磁通密度为Bp,定子极宽为bp,定子铁心的轴向长度为1,那么穿过一个定子极的磁通为：无刷电机采用三相星形接法，任意吋刻都有2相绕组串联工作，也就有2个定子极的磁通在同时作用。考虑到永磁电机的
8、转矩常数与产生电磁力的有效导体数的关系，可得电机的有效工作导体数为及1：将式（4）代入式（5）
