汽车用45KW无刷电机结构设计
摘 要
近年来，社会发展快速，而我们生活的环境也在遭受破坏，民众的环境保护意识和资源节约意识不断提高，电动车在这样的机遇下获得很大关注并蓬勃发展。之前有刷直流电机在电动车驱动装置中占据着主导地位，但有刷电机凭借机械换向器和电刷配合进行换向，特别容易造成磨损，元件也比较复杂，同时运行稳定性较差且有杂音。现在无刷直流电机运用在更多行业，它兼备有刷直流电机优点，没有机械换向装置，使用时间长、安全性高、维护成本低等优点，这些优点使它成为电动车用电机的首选。
本文是对汽车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45kw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：电动汽车；无刷直流电动机；45KW；霍尔位置传感器
ABSTRACT
In recent years, social development has been rapid, and the environment in which we live is also being destroyed, and people's awareness of environmental protection and conservation of resources has been constantly raised. In the past, brush-DC motor was dominant in the driving device of electric vehicle, but the brush-motor commutated with mechanical commutator and brush. The brushless DC motor is used in more industries now, it has the advantages of brushless DC motor, no mechanical reversing device, and long service time. High security and low maintenance cost These advantages make it the first choice for electric motors.
This paper makes a deep analysis and design of brushless DC motor. Brushless DC motor is a new type of DC motor with high efficiency, low wear and low noise. This design is used to introduce the design of brushless DC motor. The selection method of phase number, pole number, slot number and winding connection mode and the rules to be followed. Based on armature reaction theory, a 45kw brushless DC motor is designed, and the control and drive of Hall position sensor and brushless motor are analyzed in detail.
Key words: electric vehicle; Brushless DC Motor 45KW; Hall position Sensor
目 录
1 绪 论 1
1.1选题背景 1
1.2研究现状 1
1.3发展趋势 2
2 无刷直流电动机的结构和原理 3
2.1无刷直流电动机的结构 3
2.2无刷直流电动机的原理 6
3 无刷直流电动机的换流 9
4 无刷直流电动机的电子线路 13
4.1振荡电路 13
4.2解调电路 15
5 磁路计算 19
5.1主要技术指标 19
5.2绕组形式选择 19
5.3磁路结构尺寸 19
5.4空载特性曲线计算 22
5.5电路计算 24
5.6主要技术指标核算 25
5.7损耗与效率（额定工作时） 27
总 结 31
参考文献 32
致 谢 33
1 绪 论
1.1选题背景
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。
1.2研究现状
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。
1.3发展趋势
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、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、数技术和各种物理原理为后盾,因此它具有很强的生命力.
无刷直流电动机的最大特点,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.因此,无刷直流电动机没有换向火花,没有无线电感扰,寿命长,运行可靠,维护简便.此外,它的转速不受机械换向的限制,如采用空气轴承或磁悬浮轴承,可以在每分钟高达几十万转的速度中运行.
由于无刷直流电动机具有上述一系列优点,因此,它的用途远比有刷直流电动机广泛,尤其适用于高级电子设备和一些空间技术、化工、采矿等特殊部门。
无刷直流点动机,按照它们的工作特性,基本上可以分为两大类:
(1)具有直流电动机特性的无刷直流电动机
这类电动机由直流点源供电,借助位置传感器来检测主转子的位置,所检测出的信号去触发相应的电子换向线路以实现无刷接触式换流.很显然,这种无刷直流电动机具有有刷直流电动机的各种运行特性.
(2)具有交流电动机特性的无刷直流电动机.
这类电动机也有直流电源供电，但通过逆变器将直流电变换成交流电，然后去驱动一般的异步电动机或同步电动机。因此，它们具有异步电动机或同步电动机的各种运行特性。
严格地说，只有具有直流电动机特性才能称为“无刷直流电动机”。所以，本课题只设计具有直流电动机特性的无刷直流电动机.
参考文献
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