永磁直流有刷马达设计方案

PaulPeng

本人机械工程专业，最近几年误打误撞进入了电机行业，最近运用自己所学的知识设计了一款750W的直流有刷马达，但此方案是否可行和是否存在错误，以我现在的知识与水平还不能做出合理的判断。   因此我想开个帖子把它贴出来，希望能得到各位朋友的宝贵意见与建议。

设计时主要参考资料有：许实章《电机学》第一册，王秀和《永磁电机》，陈世坤《电机设计》，邱国平《永磁直流电机实用设计及应用技术》，上科所《中小型电机设计手册》，赵博《Ansoft12在工程电磁场中的应用》，《RMxprt用户手册V12》

此设计文档分为以下几个部分：

1，额定数据与基本设定
2，电机性能初步计算
3，主要尺寸初步计算
4，换向器尺寸初步计算
5，Rmxprt计算
6，Maxwell 2D进行仿真

前面几项是手工计算，得到基本尺寸和基本性能，然后导入到ansoft中进行验证与优化。

PaulPeng

继续。。。。。。

PaulPeng

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PaulPeng

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PaulPeng

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PaulPeng

继续。。。。。。

DKC321

不错，但是怎样反向验证呢？

254339861

PaulPeng 发表于 2017-6-25 12:20
继续。。。。。。

楼主做的好像很不错，关于退磁问题，有刷的启动电机电流都是200A以上，你堵转才20A左右，所以没必要担心。

mfkfnaps

这只是个人见解，如有不对还请批评指正。
1。本设计方案缺少重要的输入条件，工作制式（可以查下GB755）。
2。不同条件下电密，线负荷是不同的，如果是S2制式，你的10，15项设定严重偏低。
3。电刷长宽设计，不认为是最优的，宽度可以设计成换向器的2片+1槽宽，或接近，长度按你给出相同算法（好处，1，换向器省铜，2，电刷表面积大，利于散热,3，电机整体长度可减少）。
4。工厂少有使用电机的最大效率点做为工作点的，一般使用最大功率点左10~50瓦的位置（就是说你这个方案本身没毛病，但无法在市场上立足，你的性价比较差）。
5。另外工厂一般看5轴曲线（转速，力矩，电流，输出功率，效率），在你的方案里未见到。

mfkfnaps

补充一下，磁铁可以试着用6B或9B的，均可以降低电机总体外形尺寸。

PaulPeng

DKC321 发表于 2017-6-25 17:40
不错，但是怎样反向验证呢？

首先，感谢您在百忙之中看我的贴子

关于这个问题，我想应该可以在瞬态仿真时把最大转矩设置为负载转矩，查看稳定后的的电流与磁密分布，看是否存在局部退磁。

PaulPeng

254339861 发表于 2017-6-26 09:04
楼主做的好像很不错，关于退磁问题，有刷的启动电机电流都是200A以上，你堵转才20A左右，所以没必要担心 ...

非常感谢您给出的建议。

在得到堵转电流后，我试着做了一下仿真，发现永磁体有反向充磁的现象。所以后面我试图得到这台电机能承受的最大电流。

PaulPeng

mfkfnaps 发表于 2017-6-26 10:39
这只是个人见解，如有不对还请批评指正。
1。本设计方案缺少重要的输入条件，工作制式（可以查下GB755）。 ...

非常感谢您给出的这么好的建议。

这只是个人见解，如有不对还请批评指正。
1。本设计方案缺少重要的输入条件，工作制式（可以查下GB755）。

      疏忽了，疏忽了。工作制应该是S1，当然绝缘等级也没给出，应该是F级。

2。不同条件下电密，线负荷是不同的，如果是S2制式，你的10，15项设定严重偏低。

3。电刷长宽设计，不认为是最优的，宽度可以设计成换向器的2片+1槽宽，或接近，长度按你给出相同算法（好处，1，换向器省铜，2，电刷表面积大，利于散热,3，电机整体长度可减少）。

     刚开始的设计是10mm宽，但是换向区宽度的校核很难满足手册给出的范围，我想这会不会造成换向问题呢，因此就改成了8mm

4。工厂少有使用电机的最大效率点做为工作点的，一般使用最大功率点左10~50瓦的位置（就是说你这个方案本身没毛病，但无法在市场上立足，你的性价比较差）。

    如果是以这个点作为工作点，那么它的效率可能有点低。性价比确实是个问题。这个方案的电机的外径比我们厂正在生产的电机大0.8mm，转子要大一些。但我一直觉得我们厂的这个电机设计不合理，经常会有很多烧掉的电机退货。

5。另外工厂一般看5轴曲线（转速，力矩，电流，输出功率，效率），在你的方案里未见到。

     又疏忽了，在初步性能计算的时候给了这五条曲线，但在最后定案时没有再次计算这五条曲线。谢谢您的提醒！

     

土豆烧洋芋

什么时候我能把这些公式搞懂就好了，给楼主点赞加分

PaulPeng

mfkfnaps 发表于 2017-6-26 11:03
补充一下，磁铁可以试着用6B或9B的，均可以降低电机总体外形尺寸。

您指的是FB6B和FB9B吗，这两个材料确实好，剩磁、矫顽力和最大磁能积都高出Y30BH好多，只是这个是日本料（TDK公司的），单价方面可能不低。

土豆烧洋芋

可以考虑一下美标的铁氧体磁钢

a834467918

请教楼主一下，你的静态仿真是怎么做的？
楼主仿真出的线圈的电流波形很漂亮啊，不知道是不是用的RM生成的电路，还是自己搭的？
堵转力矩系数和额定转速的力矩系数貌似有差别呀？是否只是阻尼系数的原因呢？

我也经常做有刷电机仿真，只是仿真的不准，多多交流。

PaulPeng

a834467918 发表于 2017-6-26 22:15
请教楼主一下，你的静态仿真是怎么做的？
楼主仿真出的线圈的电流波形很漂亮啊，不知道是不是用的RM生成的 ...

请教楼主一下，你的静态仿真是怎么做的？

请教不敢当，共同探讨。通常静态我都是按节距一去一回直接给线圈电流

楼主仿真出的线圈的电流波形很漂亮啊，不知道是不是用的RM生成的电路，还是自己搭的？

模型是用CAD画好以后导入的，外电路用的是RM生成的，自己搭也可以，就是比较费时费力，个人觉得RM也挺准的

堵转力矩系数和额定转速的力矩系数貌似有差别呀？是否只是阻尼系数的原因呢？

首先要更正一个错误，上面的堵转电流应该要再乘以2，因为这个只是一条支路的电流。然后我个人觉的这个差别应该是电枢反应的原因，当电流达到一定值以后Φ不是常量了,所以转矩常数也不是常量了

我也经常做有刷电机仿真，只是仿真的不准，多多交流。

感觉您阅读东西很仔细，一起加油！

PaulPeng

土豆烧洋芋 发表于 2017-6-26 19:42
什么时候我能把这些公式搞懂就好了，给楼主点赞加分

感谢您点赞 ！

mfkfnaps

PaulPeng 发表于 2017-6-26 20:08
您指的是FB6B和FB9B吗，这两个材料确实好，剩磁、矫顽力和最大磁能积都高出Y30BH好多，只是这个是日本料 ...

FB6B不一定非得用进口的，比如江粉，东磁，马磁都有生产这些磁铁的能力，9B的话他们可能达不到，担也接近，算是伪9B吧。