电机设计实例

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1、第四章、永磁直流电动机的参数设计计算4.1 额定数据1 额定功率2 额定电压3 额定转速4 额定电流5 动转矩倍数4.2 主要尺寸及尺寸选择计算永磁直流电动机的主要尺寸是指电枢直径和电枢计算长度，除了可根据用户实际使用中安 装尺寸要求或参考类似规格电机的尺寸确定外，它可根据给定的额定数据来选择。6 额定效率7 计算功率8 感应电动势初算值9 极对数P=110 永磁材料类型铁氧体 Y30BH11. 预计工作温度t=600C12. 永磁体剩磁密度其中= -0.20%K-1 , IL=O , =0.4T13. 计算矫顽力20=240KA/m工作温度式矫顽力 =220.8 KA/m14. 永磁体相对恢

2、复磁导率15. 最高工作温度下退磁曲线的拐点16.电枢铁心材料 DR510-5017. 电荷预估值18. 气隙磁密预估值19. 计算极弧系数电机长径比入的选择对电机的性能、重量、成本有很大影响。在永磁直流电动机设计中，一般取入=0.61.5。20.长径比预估值入=1.2812521.电枢直径取22. 电枢长度取23. 极距T=5.03cm24.气隙长度&=0.5mm25. 永磁体磁极结构瓦片形电机气隙径向磁场沿圆周方向的分布是不均匀的。极弧系数可以定义为其隙平均磁通密度与最大磁通密度的比值。26. 极弧系数27. 磁瓦圆心角28. 磁体厚度29. 永磁体轴向长度30. 电枢计算长度31. 永磁

3、体内径32 永磁体外径33电枢圆周速度34机座材料钢板4.3 电枢冲片及电枢绕组计算 一般根据电枢直径的大小选取槽枢，对于小功率永磁直流电动机，其槽数一般为三至十几槽，但亦有二十多槽的。槽数的选取一般从以下几方面考虑： 件总数一定时，选择较多槽数，可以减少每槽元件数，从而降低槽中各换向元件的电抗电 动势，有利于换向；同时槽数增多后，绕组接触铁心的面积增加，有利于散热，但槽数增多 后，槽绝缘也相应增加，使槽面积的利用率降低，而且电机的制造成本也会增加。数过多， 则电枢齿距过小，齿根容易损坏。电枢槽数应符合绕组的绕制规则和对称条件。35. 绕组形式 在小功率直流电动机中，两极的采用单叠 单叠绕组多

4、级的采用单波绕组36.槽数Q=1237 槽形选择梨形38 槽距39 槽口宽度 在保证下线和机械加工方便的条件下，应选小 的40 槽口高度 主要从机械强度和冲模寿命两方面考虑，不能取得太 小41 槽高42 齿宽43 转子冲片内径应与轴伸端的转轴外径匹配，相等或取略大值。轴伸端的外径应符合标准尺寸。44 电枢轭高45 电枢轭有效高4.4 磁路计算47 气隙系数48 气隙磁密49 每对极气隙磁位差50 电枢齿磁密其中51 电枢齿磁场强度52 电枢齿磁位差53 电枢轭磁密54 电枢轭磁场强度55 电枢轭磁位差其中电枢轭部磁路平均计算长度56 外磁路总磁位差4.5 负载工作点计算57 气隙主磁导58 磁

5、导基值其中59 磁导标么值60 外磁路总磁导61 直轴电枢去磁磁动势其中62 磁体负载工作点其中63 实际气隙磁通表 3-1 空载特性计算表0.00030.00035 0.0004 0.0004 0.0005 0.00055 (T)0.17060.19900.22750.25590.28430.3128148.6 173.4 198.2 222.9 247.7 272.5 (T)1.0921.2741.4561.6381.8202.028() 6.7 9.3 21.9 39.2 90 17510.72 14.88 35.04 62.72 144 280(T)0.8861.0341.1821.3

6、301.4781.6284.7 6.1 8.1 11.75 19.9 411.073 14.371 19.083 27.683 46.884 110.732170.393202.651252.323313.303438.584663.2320.00036 0.00042 0.00048 0.00054 0.0006 0.00066 第五章、关键零部件的设计5.1 机壳组件设计5.1.1 机壳设计因考虑电动机安装于车门内外板间，可利用空间狭小，并且必须保留玻璃运动空间及其它 车门零部件的安装空间，故电动机外壳设计成半圆矩形、扁平、细长状，一端封闭并设计出 凸台，安装含油轴承，如图5-1 所示。该

7、外壳要保证含油轴承室内圆面对磁瓦的内圆面， 有较高的同轴度要求(0.05),同时，必须保证壳体前端法兰盘面垂自度0.08。口0.15L0.0Sffl Pl电动机外壳5.1.2 磁瓦设计 采用铁氧体材料，形状与机壳圆弧相吻合，为保证可靠、牢固，不致受振动、冲击而脱落采用 U 型弹簧卡及胶粘相结合的方法固定磁瓦。5.2.电枢组件的设计5.2.1 转子轴及蜗杆传动机构的设计转子轴是电枢制造中的关键，其结构如图5-2所示。该轴采用45#钢，调质处理HRC2832,蜗杆部分高频淬火HRC5055,粗糙度0.4以上（蜗杆模数为1头数为1,螺旋角7. 5）。转子片、换向器压装。转子轴上压有4 根长筋，两端设

8、计成可压入耐磨塑料支承头的孔。 两轴承间的同轴度、对整轴的平面度都有较高的要求。1. 蜗杆传动机构的主要优点是结构紧凑、工作平稳、无噪声、冲击振动小以及能得到很大 的单级传动比。与多级齿轮传动相比，蜗杆传动零件数目少，结构尺寸小，重量轻。因此设 计的减速器采用蜗轮蜗杆机构。并且蜗轮蜗杆的单级传动机构具有自锁性，能够使玻璃升降 到顶端而落不下来。2. 蜗轮蜗杆传动效率低，若制造不良，容易发热。所以应良好润滑，方法是在蜗轮蜗杆箱体内充满粘度较高的锂基润滑油。3.由于此机构传动比较大，而且要求自锁，所以采用单头蜗杆。4.参数的设计玻璃行程 玻璃上升时间 减速比450mm4.5s63：1额定转速蜗轮额

9、定转速 蜗轮额定圆周速度蜗杆头数蜗轮齿数蜗轮模数蜗轮螺旋角m=10=7.5因田压布图5-2转干轴5.2.2 换向器的设计如图 5-3 所示图PE换向器的设计在换向器的设计过程中，我们要求做到以下工作：1 铜片之间、铜片与轴套及压环之间均用云母绝缘。铜片与电枢绕组的连接方式采用加固 加焊方式。防止短路。2 换向器禁止表面轻微烧伤，否则应将换向器车光、车圆。3经多次修整后，换向器的径向厚度不得小于2mm，否则应更换电枢。4 换向器换向片接线突缘上的电枢绕组应夹焊牢固，否则应重焊。5换向器采用银铜(TAgO.1)材料，硬度HV100,换向片数12,换向节距12,槽宽0.5,与轴间耐压:50Hz、18

10、00 V,无击穿。5.2.3 转子嵌线图：如图 5-4所示：输人输出输入图5-4转子嵌线图技术要求：1 0.5mm器包铜线单线输出。2 每个绕组13 匝， 12 个绕组串联引出，总匝数156 匝。5.2.4 电枢组件转子片经过工装压接到位，进行粉末静电涂敷，以保证绝缘强度。漆包线绕线12 组后与 换向器的钩形片连接，压焊。换向器外圆精车粗糙度SO. 4,椭圆度及径向跳动度f阀值则ECU判定玻璃遇到障碍物。6.1.4 上死点的自修正当升降机与电机装配成玻璃升降器时会预先设定一个上死点称为假上死点，假上死点通常设 定在与车门装配的实际上死点的下方某一位置，如图6-3 所示。如果假上死点在实际上死

11、点的下方，则在玻璃升降器与车门装配后，通过玻璃升降器作动，假上死点会自动调整到实 际上死点的位置。其原理如下：如图 6-2所表示首先电机顺时针作动，玻璃上升，同时4-定位环套转动，当玻璃进入非防 夹区（距离假上死点下方10mm左右）定位环套下部的突出结构会触发常闭状态的限位开 关，使之断开；电机继续作动较短的时间后，定位环套上部的止动块会接触到基座，此时， 玻璃上升到假上死点，由于初始设定的假上死点位于实际上死点下方。故，虽然玻璃上升到 假上死点，但距离上方的玻璃导轨胶条还存在一定距离，因此玻璃会继续上升，由于定位环 套的止动块已经接触到基座，无法继续转动，而内齿圈在电机的带动下与调整钢圈发生

12、相对 滑动，直至玻璃上升到上方的玻璃导轨胶条而停止。这样装配后的玻璃上死点与电机的定位 环套的止动块的位置实现了一致。假上死点下死点图6-3.假上死点示盍图6.2 密封性设计因该电动机总成安装于车门内，易受潮气、水等的侵入而造成电动机性能下降甚至丧失，因 此必须保证电动机的密封。6.2.1 透气片密封电动机发热时会产生热量，产生气压。为了达到电动机内外压力平衡，特在减速器外壳上 设置了透气孔。为了防止潮气、水等由该透气孔入侵，必须在该孔处压入透气不透水的四氟 复合织物制成的透气片。6.2.2 密封圈的设计在蜗轮中心孔和传动盘输出轴上，密封圈及密封垫是一个动密封，故选用 X 型结构密封件， 在装

13、配压入后，能保证轴向和径向双重密封效果。在接线座与机壳、减速器外壳及绳轮壳间，设计了1. 5 mm 厚的橡胶密封垫，装配时夹 紧密封。6.3 可靠性设计6.3.1 电动机过载保护为了防止因负载过人或控制开关失灵而烧毁电动机，该总成采用在端盖内PCB板上串联一 个双金属片热保护器。6.3.2 电磁兼容性设计为了抑制电动机换向器火花的干扰，本总成中，在端盖PCB上装用电感电容滤波器。6.4 控制电路的设计如图6-5，当把自动旋钮压向车辆前方，触点A与UP侧相接，电机按UP箭头方向通过电 流，门窗玻璃上升且关闭；与此同时，电阻R上电压降低，此电压加于比较器1的一端， 它与参考电压Ref.1进行比较。

14、Ref.1的电压值设定为相当于电机锁止电流值15A,通常 为比较器1的低电位端（“-端）；而比较器2的参考电压Ref.2通常设定为小于比较器1 的输出，且为高电位端（“+”端）。所以，比较器2的输出为高电位， 故使三极管正偏而 导通，电磁线圈通过较大的电流，其路径为：蓄池的电“+一总开关一UP触点A二极管 VD1-电磁线圈一三极管一二极管VD4-触点B-电阻R-搭铁（蓄电池“-）。此电流产 生较大的电磁力，吸引驱动器开关的柱塞，于是把止板向上顶压，越过止板凸缘的滑锁于原 来位置被锁定，这样即使把手离开自动旋钮， 开关仍会保持原来的状态。当门窗玻璃上升 至终点位置，在电机上有锁止电流流动，电阻R

15、上的压降增大，当此电压超过参考电压 Ref.1时，比较器1的输出电压由低电位变为高电位，此时，电容器C开始充电，当 电容器C两端的电压上升至超过比较器2的参考电压Ref.2时，比较器2则输出低电位， 三极管立即截止， 电磁线圈中的电流被切断， 止板在滑锁内由弹簧的反力被压下，自动旋 钮自动回复到中立位置，触点A搭铁，电机停转。门窗玻璃自动下降的工作情况与上述情况相反，操作时只需将自动旋钮向车辆后方即可。 6.5直流电动机保护电路的设计1-fflEne.直流电动机的保护电路原理图如图6-6所示，电容器1的作用是消除碳刷滑环接触不稳定所引起的脉冲；电容器 2、3 的作用是起对称作用；电感的作用是蓄

16、流，当电流减少时，它能维持电路继续工作；保护器 即热敏开关的作用是当车窗全部关闭、完全打开或由于结冰、卡滞等导致车窗玻璃出现运动 障碍时，即使操纵开关没有断开，热敏开关也会自动断开。从而防止烧坏电动机。 第七章、结论1根据国内外电动玻璃升降器的发展现状，比较各国制定的技术标准，分析各类电动玻璃升降器的优缺点，采用绳轮式结构，平稳性、运动阻力来说大大优于臂式玻璃升降器,结构 更紧凑,且安装和布置都较为方便。2电动机采用铁氧体永磁材料，提高了剩磁感应强度，减少了硅钢片和漆包线的用量，降 低了成本。采用蜗轮蜗杆减速机构，提高了电动机的输出转矩，从而使电动机体积减少，重 量减轻，改善电动机性能。3.

17、采用铜、石墨配方的电刷，有导电能力强，电压降小，寿命长的优点。4. 电动机转子与传动蜗杆连成一体的设计，减少了玻璃升降器的体积，方便了电动玻璃升 降器在车门内的布置。但是，由于时间的仓促以及设计中需要大量的知识积累，设计中还有不足之处，有待于进 一步的补充、完善和验证。特别是电动玻璃升降器的使用可靠性和使用寿命的问题，还需要 在今后更多的试验中验证和改进。参考文献1唐任远编著.现代永磁发电机理论与设计M.北京：机械工业出版社.1997.2.马九荣.中小型电机设计手册M.北京：机械工业出版社.1994.7. 3边焕鹤.汽车电器设备维修手册.北京：机械工业出版社.1997.8.4吴基安 .汽车电子

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