风机用三相永磁无刷直流电机设计与试验.pdfVIP

2013年·全国用电与节电技术研讨会会议论文集 风机用三相永磁无嗣直流电机设计与试验 陈治宇1，田燕飞1，陈风凯1，何建源2 (1．广东工业大学，广东广州510006；2．苇源电机有限公司，广东佛山528300) 摘 磁无刷直流电机的风机，论述了这种三相永磁无刷直流电机主要尺寸的确定、永磁材 料的选取和计算方法，对其静态和动态性能进行分析，试制了样机；最后通过样机试 验验证仿真结果的各项性能指标，误差在6％以内，验证了仿真设计的合理性和准确性。 关键词：Ansys仿真；三相永磁无刷直流电机；设计；试验 0引言 节能减排、高效环保已成为当前国内外共同的主题。电机作为用电器或各种机械的动力源，其应用 领域已经无处不在，故电机的节能节电成为目前节能减排的重要组成部分，本文仅从风机的节能节电方 面进行分析与设计。永磁无刷直流电机具有结构简单、输出转矩大、调速范围宽、效率高、噪音低、可 靠性高、使用寿命长、无滑动接触和换相火花等优点，已日益发展为集特种电机、微处理器，控制软件 和硬件等于一体的机电一体化高科技产品。三相永磁无刷直流电动机控制电路和生产工艺简单，可靠性 好以及噪音低，在航空、航天、家用电器、医疗等行业的风机中获锝广泛应用…。 近年来，随着三相永磁无刷直流电机应用的电压及功率范围的扩大，在交流供电的风机中的应用已 经越来越受到人们的关注，为了满足风机的新需求，对三相永磁无刷直流电机的尺寸、齿槽转矩、电磁 噪音、运行性能等提出了新的要求。因此，合理的电机设计对较高电压或较大功率的三相永磁无刷直流 电机有着重要的意义。 了这款电机的二维有限元仿真模型，给出电机反电势、气隙磁密和电磁场的分布情况，分析齿槽转矩、 输出转矩，计算空载永磁体磁场谐波等，并在此基础上试制了样机，完成了有关性能的测试，验证了电 磁设计和仿真分析的正确性，为采用三相永磁无刷直流电机进行节能节电的分析与设计提供一些有意义 的参考。 1三相永磁无尉直流电机电磁设计 1．1主要技术参数 本方案电机的主要技术参数如表1所示： 表1主要技术参数 I 额定电压：160V 额定转速：600形min I 额定电流：2．7A 输出转矩：1．4Nm 额定功率：30aW 额定效率：70％ 第2部分·用电与节电技术研究，推广和应用 1．2电机主要尺寸的确定 电动机的主要尺寸和计算功率、转速、电磁负荷有关02】： 必：鱼：! (1) P niKqKⅣABs 波绕组系数，本电磁方案用集中绕组，‰=0．86；A为电负荷，取A=160眦m；B。为气隙磁密平均值， 永磁材料为铁氧体，取B。=0．39T。综合考虑公司现有的电机外壳尺寸，本设计方案取D。=85mm，L =40mm。 1．3电机永磁材料的选取 永磁体材料的性能在一定程度上决定着电机的尺寸和性能。目前，永磁无刷直流电机上应用的磁性 材料主要是铁氧体和钕铁硼。 (1)铁氧体的矫顽力温度系数为0．27吲K，在允许范围内温度越高，矫顽力越高：钕铁硼矫顽力温 50℃，温度稳定性能比铁氧体差【31。 度系数为-(0．4～0．7)％，K，通常最高工作温度为1 (2)钕铁硼是目前磁性能最强的永磁材料，其最大磁能积为铁氧体永磁材料的5～12倍f3l。因此， 在相同尺寸下能提供更大的气隙磁通和输出转矩。但是，目前钕铁硼价格远远高于铁氧体，同等重量下 的钕铁硼价格是铁氧体价格的6～7倍。 (3)对三相永磁无刷直流电机，通过增加磁铁的厚度和供磁面积，可以有效增大气隙磁通。铁氧 体磁负荷较低，以至电机的齿槽转矩和输出转矩波动也较小，能减小噪音。 综合技术要求和材料成本，在电机尺寸允许的情况下，本设计选择铁氧体作为磁性材料。 1．4永磁体厚度的选取 永磁体的厚度h。的计算公式如下【3】： k=笔半 Q’ 式中；K为外磁路的饱和系数；K。为气隙系数；B6为气隙磁密；6为平均气隙长度；u。为真空磁导率； Hc为内