无刷直流电动机设计开题报告

1、开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告

2、的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写3000字左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述 -无刷直流电动机的设计 湖南工程学院 郭孟军关键词 无刷电机 直流电动机 发展史 引言： 无刷直流电机既有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又能象直流电机那样，运行效率高，无励磁损耗，调速性能好，所以在仪器仪表、化工、轻纺、医疗仪器和家用电器等各个领域特别是在高新技术领域有着日益广泛的应用。由于无刷直流电机是一种特殊的永磁

3、同步电动机，其定子由三相绕组组成，电源通过驱动电路供给定子绕组脉宽调制(PWM)形的方波电流，其转子由瓦型永久磁铁制成并进行特别的磁路处理，以产生梯形波的气隙磁场，从而使转子在合成磁场力的作用下产生转动。因此一般的无刷直流电机都应配备转子磁极位置检测器如霍尔元件或其它检测传感器，要根据转子磁极位置的变化及时对组成驱动电路的三相逆变器换相，同时形成转速反馈环进行转速控制。定子电流则通过主回路的电流传感器检测并反馈构成电流环.一、 无刷直流电动机发展历史与趋势 无刷直流电动机是在有刷直流电机的基础上发展起来的。1831年法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的基本理论基础。，为了取代有刷直流电机

4、的那种电刷换向器结构的机械装置，人们曾对此做个长期的探索。早在1915年美国人兰格米（Langmill）发明了带控制的栅极的水银整流器制成了直流变交流的逆变装置。科学技术的迅猛发展，带来了半导体技术的飞跃。开关型晶体管的研制成功，为创造新型直流电动机无刷直流电动机带来了生机。1955年美国D.哈利森（Harrison）等人首次申请用晶体管换向线路替代电动机电刷接触的专利。这就是无刷直流电动机的雏形。经过反复的试验和不断的实践，人们终于找到了用位置传感器和电子换向线路来代替有刷直流电动机的机械换向装置，从来为直流电动机的发展开辟了新的途径。六十年代初期，以接近某物而动作的接近开关式位置传感器、电

5、磁谐振式位置传感器和高频和、耦合式位置传感器相继问世。之后有出现了磁电耦合式和光电式位置传感器。半导体技术的迅速发展，使人们对1879年美国人霍尔发现的霍尔效应再次发生了很大的兴趣。经过多年的努力，终于在1962年试制成功了借助霍尔元件来实现换流的无刷直流电动机。随着比霍尔元件的灵敏度高千倍左右的磁敏二极管的出现，七十年代的初期，又试制成功了借助磁敏二极管实现换流的无刷直流电动机。接着还出现了无位置传感器的无刷直流电动机。现在无刷直流电机既有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又能象直流电机那样，运行效率高，无励磁损耗，调速性能好，所以在仪器仪表、化工、轻纺、医疗仪器和家用电器

6、等各个领域特别是在高新技术领域有着日益广泛的应用。三、 无刷直流电动机的分类及特点无刷直流电动机，按照它的工作特性，基本上可以分为两大类：1、 具有直流电机特性的无刷直流电动机 这类电动机由直流电源供电，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接触式换流。很显然，这种无刷直流电动机具有有刷直流电机的各种运行特性。2、 具有交流电动机的特性的无刷直流电动机这类电动机也由直流电源供电，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。 严格说来，只有具有直流电动机的特性才能称为“无刷直

7、流电动机”。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结构。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。因此无刷直流电机没有换向火花，没有无线电的干扰，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，采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以采用在每分钟高达几十万转的转速中运行。其主要特点有：1）高效率：其效率比同容量异步电动机提高5%-12%。 2）功率因子高：无刷直流电动机无需从电网吸取激磁电流，功率因子接近1。 3）启动转矩大，启动电流小：无刷直流电动机的机械特性和调节特性与他激直流电动机枢控时相

8、应特性类似，所以它的启动转矩大，启动电流小，调速范围宽. 4）电动机出力高：该电动机在体积和最高工作转速相同时，较异步电动机输出功率提高30%。 5）适应性强：电源电压偏离额定值+10%或-15%，环境温度相差40K以及负载转矩从0-100%额定转矩波动时，无刷直流电动机的实际转速与设定转速的稳态偏差，不大于设定转速的1%。 6）无刷直流电动机是一种自控式调速系统，它无需像普通同步电动机那样需要启动绕组；在负载突变时，不会产生振荡和失步。 8）无刷直流电动机适合长期低速运转、频繁启动的场合，这是变频调速器拖动Y系列电动机不可能实现的。四、无刷直流电动机系统的组成无刷直流电动机基本上有二种方案。

9、其中一种方案：由受控制的变换器和同步电动机并用，它由变换器、同步电动机、转子位置传感器和逻辑电路组成。同步电动机是指多相(三、四、五相等)电枢绕组定子和永磁体转子。定子可采用与传统直流电机转子非常相似的方式绕成，绕组原应接于换向器升高片的位置现由晶体管开关所代替，应用转子位置传感器和相关的逻辑电路，开关可依次接通和关断，以仿效换向器的作用，并在定子内产生了跳跃式的磁场，使永磁转子跟着旋转。故无刷直流电动机和传统直流电动机有相同的工作原理。无刷直流电动机的简图如下图所示。 图I 无刷直流电动机的简图1无刷直流电动机（BLDCM）由电动机本体和驱动器构成，是一种典型的机电一体化产品。 2 电动机的

10、定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机转子由钕铁硼等永磁材料构成。在定转子形成的气隙中产生N-S极相间的方波磁场，所以也把这种电动机称为“方波电动机”。为了使电动机绕组准确换向，在电动机内装有位置传感器，作为转子极性的位置信号。3 驱动器组成： a.控制中枢的单片机； b电子换向的由IGBT或MOSFET构成的逆变桥； c.电压型交直交主电路的整流、滤波单元； d.人机接口的键盘和数字显示单元； e .控制、驱动电源的开关电源。五、无刷直流电动机运行特性分析 传统直流电动机的速度在基速以下调节时(降低电压)，有恒定转矩。建立在永磁无刷电机基础上的变速驱动系统往往要求具

11、备上述性能.显然通过控制电枢电流即通过控制器设置定子电流以及控制直流电源电压，可以实现恒磁通控制。为了更好地发挥无刷直流电动机的调速性能，希望实现在基速以上的恒功率调速，但无刷直流电动机靠永磁体来产生激磁，其激磁很难调节，通过理论分析，可以通过磁场削弱电枢反应，即通过削磁多少来达到，这就必须通过提前整流，即将相电流的导通区域提前，利用绕组的自感电动势去削弱旋转磁势以削弱磁场来达到对无刷直流电机进行调速的目的。所以无刷直流电机具有与直流电机相类似的去行特性。结束语参考文献1 叶金虎、徐思海、张颉民、崔海大、施民生 编著 无刷直流电动机 北京.科学技术出版社 1991 2 赵清、胡鹏程 编著 电动

12、机 北京. 电子工业出版社 19963 周文俊主编. 电气设备实用手册. 北京:中国水利水电出版社,1999 4 刘祖润、胡俊达 编著 毕业设计指导. 北京:机械工业出版社,19966 曹承志主编. 电机拖动与控制. 北京:机械工业出版社,20027 贾大义，艾高烈. 常用电机原理与设计. 中国轻工业出版社，19968. 1 Radim Visinka. Low cost 3-phase AC motor control system based on MC68HC908MR24, Motorola semiconductor application note AN1664. 19999 张联

13、直流无刷电动机原理及应用机械工业出版社，200110 王季鞍无刷电机的现在和将来LJ3微特电视，1998l 11 张一鸣无刷直流电机的电抠反应及其削弱方法微电机，1999112 张琛无刷直流电动机原理及应用M工机械工业出版 199213 谭建成电机控制专用集成电路：u北京；机械工业出版社L99714 晓弘靳方义.侯景阳杨新华永磁无刷直流方波电机控制特性及其交流伺服系统控制策略15 W莱愚略特电气传动控制科学出版杜，1986 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一永磁真流

14、电机研究目的与意义 国民经济的发展，科学技术的进步和人民生水平的提高，都有对电机的性能做出了许多新的更高的要求。而新材料，特别是高性能的稀土永磁材料的问世和不断的完善，以及电力电子技术的发展，为满足这些要求提供了可能。电机内赖以传递能量的气隙磁可以由电流励磁产生也可以由永磁体提供，世界上的第一台电机就是永磁电机，只是那时的永磁材料性能达不到可以应用的工业生产的要求才会被电励磁所代替，高性能的永磁材料的出现让永磁电机再次兴起成为可以。随着铝镍钴永磁，铁氧体永磁，特别是稀土永磁的出现，永磁体的磁性能有了很多的提高，与电励磁电机相比，永磁无刷电机结构简单，运行可靠，体积小，质量轻，损耗小，效率高电机

15、的形状和尺寸也可以灵活多变，有很多显著的优点。它不仅可以部分代替传统的电励磁电机，还可以达到传统电机很多难以达到的新性能。目前的永磁直流电机的功率小到几个MW，大到1000KW级，在工农业生产，航空航天，国防和日常生活得到广泛的应用，总产量很快增大 为了促进永磁电机性能的进一步发展和有关设计计算理论的进一步完善也为了推动我国具有丰富资源的稀土永磁在电机领域大量推广和应用，国内很多高校和研究机构都开设了这样的课题研究。本研究课题的开设也有着同样的目的和意义。二 永磁电机发展的现状和前景展望 永磁电机的发展和永磁材料的发展密切相关的。我国是世界上最早发现永磁材料的特性并把它应用于生产实践的国家。早

16、在两千多年前，我国就已利用永磁材料制成了指南针，在航海，军事等领域发挥了重要的作用。第一台直流电动机就是永磁电机。但当时制成的电机体积太大，不久被电励磁电机所取代。由于各种电机迅速发展的需要和电流充磁器的发明，人们对永磁材料的机理，构成和制造技术有了更新的更深入的研究。无刷直流电动机是在有刷电机的基础上研制成的。十九世纪制成了第一台直流电动机，显然，有电刷的机构限制了直流电机的应用范围，人们经过长期探索，终于，我们制成功了反电势波形和供电电流波形都是矩形的方波电机，通常又称为无刷直流电动机。美国制成驱动航天飞机升降副翼用的12.6KW，9000R/MIN稀土永磁无刷直流电动机，效率为达到百分之

17、九十，仅重7.65kg.法国开发的100kw无刷直流土永磁无刷直流电动机，调节速比高达1：10000。电动汽车是当前汽车发展的新方向，一些发达国家每年均投入大量经费来进行新永磁材料和新刷电机结构方面的研究。，稀土永磁电机以其体积小，效率高， 性能优异而成为各国研制新一代电动汽车的首选方案。 随着人民生活水平的不断提高，对家用电器的要求也越来越高。例如家用空调器，既是耗电大件，又是噪声的主要来源， 其发展趋势是使用能无级调速的永磁无刷直流电动机既能根据室温的变化，自动调整到适宜的的转速下长时间运转。减少了噪声和振动，使人感觉更为舒适。其它如电冰箱，洗衣机，除尘器，风扇等也在改用无刷直流电动机。其

18、中汽车工业也是永磁直流电机应用的大户。一辆豪华轿车上，各种不同用途的电机70余台其中绝大多数是低压永磁直流微电机。总之无刷直流电动机是最近发展起来的一种新型直流电动机，它既保持了普通直流电机良好的调速特性和起动性能，又具有寿命长，可靠性高，无换向火花及噪音低等特点。因而，在宇宙航行，航海，无线电通信，采矿及化工等特殊场合中得到了广泛的应用发展和应用前景。就像一个刚生下的小孩子，接下来的只是会发展和壮大。三 无刷直流电动机课题研究的内容和其要求本题的主要内容是无刷直流电动机的研究。其中最主要的就是其结构和原理。而结构和原理中最重要的是各种类型的位置传感器，电枢线圈和电子换向线路的组合方式，以及不

19、同换流方式。无刷直流电动机，按照它们的工作特性，基本上可以分为两大类：（1） 有直流电动机物性的无刷直流电动机，这类电动机由直流电源供电，借助位置传感器所检出的信号去触发对应的电子换向线路以实现无接触式换流。很显然，这种无刷直流电动机具有直流电动机的各种运行特性。（2） 有交流电动机特性能无刷直流电动机这类电动机也由直流电源供电，但通过逆变器将直流电变为交流电，然后去驱动一般的异步电动机，所以，它具有异步电动机或同步电动机的很多运行特性。本次课题我们研究的是一种应用于电动自行车上现的无刷直流电动机。它主要是完成以下的设计内容：（1） 无刷直流电动机的电磁设计方案；（2） 无刷电动机的驱动系统的

20、设计；（3） 主要零部件图的绘制；（4） 说明书它的要求主要是技术方面的要求如下：Un=24v Nn=210r/min n=80 Pn=120w 本课题研究的是应用于电动自行车上的无刷直流电动机，它要求小巧，质量轻而功率要达到预定的要求。还有我们要适当的选择电磁参数，以便满足电动机的运行特性，例如起动转矩倍数，时间常数，转矩波动，转速稳定度以及效率等。电力自行车是电瓶供电， 所以我们需要电机的效率高来达到省电的目的。同时我们在设计时选择合适的电机设计尺寸来达到与电机配套产品合适安装的目的四 研究方法，步骤和措施采用以下几种方法对各种无刷直流电动机进行设计分析，可以得到令人满意的结果。 1大功率无刷直流电动机除采用直流电机设汁法外，还可用交流同步电机理论和设计方法对其进行分析，这是因为无刷直流电动机本体是一台永磁同步电机，采用同步电机理论分析中的矢量方法，可反映出无刷直流电动机