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硕士学位论文 永磁无刷直流电动机，共83页，37619字
摘要
永磁无刷直流电动机具有惯量小、控制简单、动态性能好等优良特性，因此在航天、机器人、空调等许多领域得到了广泛应用。本课题针对空调压缩机，设计了无刷直流电动机以及相应的控制系统。
针对空调用无刷直流电机设计公式及方法，以及考虑到降低电机的振动和噪音问题，设计了永磁无刷直流电机两台，普通型6极36槽和多极少槽型8极9槽电机。借助Ansoft软件设计,两种电机进行比较表明：选择近似极槽的多极少槽电机，进一步选择适当的极弧系数，能大大降低齿槽转矩,但是运行效率却比普通型电机低很多.所以，多极少槽电机在空调压缩机电机中暂不可行。
另外，无传感器控制技术是无刷直流电机控制领域研究的热点。本文采用
PIC18F4580芯片对无刷直流电动机控制系统进行了设计，详细讨论了在去掉位置传感器的情况下无刷直流电机如何换相以及速度的提取问题，并且进行了相应的系统硬件。为了提高BLDCM的调速性能，本文采用速度、电流的双闭环控制，并给出了其实现方法。
本课题主要包括五部分：无刷直流电动机简介，初始数据方案设计，Ansoft软件辅助设计，设计PIC 单片机控制系统，结论分析。通过这五部，本文完成了空调压缩机用无刷直流电动机进行设计及相应控制系统的设计。
关键词：无刷直流电机,优化设计,多极少槽,控制系统
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2空调用无刷直流电机的研究现状 1
1.3无刷直流电动机有待研究的问题 1
1.4无刷直流电动机的主要用途 2
1.5课题研究的背景和意义 3
1.6本文的主要工作及安排 3
第二章 永磁无刷直流电机简介 4
2.1无刷直流电机的基本结构 4
2.2无刷直流电机的工作原理 5
2.3无刷直流电动机的数学模型 6
2.4无刷直流电机技术发展趋势 7
第三章 空调压缩机用无刷直流电机设计 9
3.1电机设计的主要约束条件 9
3.2电机的设计方案的确定 9
3.3电机材料的选择 11
3.3.1 永磁体材料 12
3.3.2 铁心材料 13
3.3.3 磁路结构 14
3.4主要磁路系数的选择 15
3.4.1 空载漏磁系数 15
3.4.2 极弧系数 16
3.4.3 气隙系数 17
3.5 无刷直流电机主要尺寸的选择 18
3.5.1 电枢直径和电枢铁芯长度 18
3.5.2 电磁负荷的选择 19
3.5.3 定子槽数和极数的选择 19
3.5.4 槽形及冲片尺寸选择 22
3.5.5 气隙长度的选择 23
3.6电机磁路设计 24
3.6.1 电机转子结构 24
3.6.2 转子有效长度 25
3.6.3 磁钢尺寸的选择 25
3.7 设计流程图 27
3.8 电磁设计方案 28
第四章 Maxwell辅助设计及分析 30
4.1 Maxwell软件简介 30
4.2 样机初始规格 31
4.3 电机优化结果 31
4.4 性能分析及讨论 34
第五章 降低齿槽转矩的分析与讨论 36
5.1 引言 36
5.2 分析步骤 37
5.2.1 转矩特性分析 37
5.2.2 齿槽转矩的傅立叶分析 37
5.2.3 极弧长度的选择 39
5.3 有限元分析 39
5.3.1 有限元分析模型 39
5.3.2 电机的驱动电路模型 40
5.3.3 系统仿真结果及其分析 41
5.4 分析结果讨论 44
5.5 两台样机的比较分析 45
5.5.1 两台样机设计参数比较 45
5.5.2 两台样机计算结果比较 46
第六章 无刷直流电机在空调压缩机中的应用 47
6.1系统总体方案设计 47
6.2闭环调速方案设计 48
6.2.1 双闭环调速方案 48
6.2.2 速度测量方案 49
6.3系统核心控制器选择 50
6.3.1 PIC系列单片机简介 50
6.3.2 PIC系列单片机优势 51
6.4无位置传感器转子位置检测方案的选择 52
6.4.1“反电势法”BLDCM控制原理 54
6.4.2“反电势法”BLDCM起动方法研究 56
6.5系统硬件电路设计 57
6.5.1 系统功能要求 57
6.5.2 系统硬件组成 58
6.5.3 系统开关主电路设计 58
6.5.4 电源电路设计 59
6.5.5 转子位置检测电路设计 60
6.5.6 驱动设计 61
6.5.7 电流检测电路设计 62
6.5.8 保护电路设计 63
6.6 电机控制板 64
第七章 结论 65
7. 1论文工作成果 65
7. 2存在的不足和有待完善的工作 66
参考文献 67
附录A 6极36槽电机设计清单 71
附录B 8极9槽电机设计清单 73
附录C 无位置传感器BLDCM控制原理图 75
在学研究成果 76
致 谢 77