下载文档原格式
无刷直流电动机及驱动系统设计无刷直流电动机是一种能够将电能转化为机械能的电机，它不仅具有高效率、高功率密度、大扭矩和高转速等优点，同时还能在宽范围内调整转速和控制扭矩。
因此，无刷直流电动机及其驱动系统设计成为了工业应用和个人消费电子产品中常见的一种电机类型。
无刷直流电动机驱动系统由电机本体、功率器件、传感器、微控制器和控制算法等组成。
首先，电机本体是电机的核心部分，包括转子、定子、磁铁和绕组等。
转子是电机的运动部分，由永磁体和轴承支撑。
定子是电机的静止部分，由铁芯和绕组组成。
磁铁是电机的永磁体，产生磁场以与永磁体上的磁场相互作用。
绕组是由导线绕制的线圈，通过流过电流产生磁场。
其次，功率器件是驱动系统的关键部分，用于将电能从电源转化为机械能。
一般采用MOSFET或IGBT等功率器件，以实现高速开关和较高电流能力。
它们能够承受高电压和大电流，并快速切换，使得电机能够根据控制信号调整转速和扭矩。
传感器是驱动系统中用于检测电机位置和转速的重要组成部分。
常见的传感器有霍尔传感器、反电动势传感器和编码器等。
霍尔传感器通过检测磁场强度变化来确定转子的位置，反电动势传感器通过测量绕组中电流变化产生的反电动势来确定电机的转速，编码器则能够提供更准确的位置和速度信息。
微控制器是驱动系统中负责控制电机运行的核心部件。
它包含了控制算法、控制逻辑和通信接口等功能，通过与传感器和功率器件进行交互来实现对电机转速、扭矩和方向的精确控制。
微控制器能够根据输入的控制信号，通过调节电流和电压来控制电机的运行状态。
最后，控制算法是驱动系统的重要组成部分，在实际应用中起到至关重要的作用。
常见的控制算法包括PID控制、电流环控制、速度环控制和位置环控制等。
PID控制通过调整比例、积分和微分控制器的系数来达到稳定控制的效果。
电流环控制通过直接或间接测量电机电流，以控制电机的转矩和速度。
速度环控制通过测量电机转速，并根据所需转速和实际转速之间的差异来调整控制信号。
BLDC电动机本体设计及控制原理(详细版)一、引言直流无刷电动机（Brushless DC Motor，BLDC）是近年来研究与应用领域日益扩大的电机类型。
它具有高效率、高转矩、低噪音、长使用寿命等优点，广泛应用于电动汽车、航空航天、家用电器、微型机器人等领域。
本文主要论述BLDC电动机本体设计及控制原理。
二、BLDC电动机结构及工作原理BLDC电动机主要由转子、定子、传感器、电路控制系统等部分组成。
1. 转子转子是BLDC电动机的核心部分，主要由磁铁和轴组成。
磁铁通常采用强磁性永磁体，由于磁阻较小、磁延迟性小，因此稳定性好，容易控制。
轴材料通常为钢铁材料，既满足强度要求，又具备较高的刚度。
转子采用永磁体的励磁方式，可以降低电机的故障率。
2. 定子定子是BLDC电动机的外部部分，主要由铁芯和绕组组成。
定子铁芯通常由硅钢片穿插叠压而成，目的是避免铁芯中涡流的损耗。
绕组则由若干个线圈组成，其数量与定子极数有关。
3. 传感器传感器主要包括霍尔元件和编码器。
霍尔元件主要用于检测转子磁极位置，编码器用于检测转子具体位置。
这些传感器输出的信号可以通过控制器计算得到电机的精确位置和转速。
4. 电路控制系统电路控制系统主要由驱动电路和控制器组成。
由于BLDC电机是三相交流电机，因此需要采用三相桥式电路进行驱动。
这种电路可以通过PWM技术实现精确的电机控制。
BLDC电动机的工作原理是依靠磁场作用产生电动力矩，具体而言，是依靠定子电流的旋转磁场作用与永磁体产生相互作用力而产生电动力矩的。
BLDC电机通过不断改变定子电流方向和大小来控制电机的转速和方向。
三、BLDC电动机控制原理1. 电机转速控制为了实现BLDC电动机的精确控制，需要对电机的转速进行控制。
一般采用PID控制算法对电机进行控制。
PID算法通过将实际转速与设定值进行比较，计算出误差，然后根据误差大小来调整控制电压的大小和方向。
这种方法可以有效地降低电机的振动和噪声，提高电机的精度和稳定性。
永磁直流无刷电机是一种高效、可靠且具有广泛应用的电机类型，其设计和应用技术涉及多个方面，包括结构设计、控制系统、功率电子器件等。
以下是关于永磁直流无刷电机实用设计及应用技术的一些重要内容：1. 结构设计：-定子结构设计：合理设计定子结构，包括定子槽形状、绕组布局等，以提高电机效率和性能。
-转子结构设计：优化转子磁路设计，选择合适的永磁材料和磁路形状，提高转子磁场密度和输出功率。
-轴承选型：选择适当的轴承类型和规格，保证电机运行平稳、低噪音。
2. 控制系统：-传感器选型：选择合适的位置传感器（如霍尔传感器）或传感器less 技术，实现电机位置检测和闭环控制。
-控制算法：设计高效的电机控制算法，如FOC（Field Oriented Control）或者DTC（Direct Torque Control），以实现精确控制和高效能耗。
- PWM技术：采用PWM技术控制功率电子开关器件，实现对电机相电流的精确控制，提高电机效率和响应速度。
3. 功率电子器件：- MOSFET或IGBT选择：根据电机功率大小和工作环境选择合适的功率MOSFET或IGBT器件，以确保电机的稳定性和可靠性。
-散热设计：合理设计散热系统，确保功率电子器件能够有效散热，避免过热损坏。
4. 应用技术：-电动汽车：永磁直流无刷电机在电动汽车中得到广泛应用，提供高效、节能的动力输出。
-家用电器：如空调、洗衣机等家用电器中也有广泛应用，提供高效、低噪音的驱动。
-工业领域：如风力发电机组、泵类设备等领域也有着重要的应用。
以上是关于永磁直流无刷电机实用设计及应用技术的简要介绍，这种电机技术在各个领域都有着重要的应用前景，不断推动着电机技术的发展和创新。
无刷直流电机设计与性能分析随着电动汽车的普及和工业自动化的发展，无刷直流电机作为一种高效、精准、可控性强的电机，越来越受到工程师和研究人员的关注。
本文将探讨无刷直流电机的设计原理、性能分析以及相关应用。
一、无刷直流电机的设计原理无刷直流电机是一种利用反电动势将电能转化为机械能的装置。
与传统的直流电机相比，无刷直流电机不需要传统的碳刷和电刷组，可以减少能耗和机械磨损。
其主要部件包括定子、转子和电子调速器。
定子是无刷直流电机的固定部分，由若干个电磁铁组成。
转子则由磁铁和导电线圈构成。
电子调速器是控制整个电机的核心部件，负责接收和处理信号，并驱动转子旋转。
在无刷直流电机的工作过程中，电流通过定子的电磁铁，产生磁场。
电子调速器根据传感器返回的信号，控制定子电磁铁的通电状态，从而产生电磁力。
这个电磁力作用在转子的磁铁上，使转子旋转。
转子的旋转又会产生反电动势，通过电子调速器的处理，控制整个系统的转速和转向。
二、无刷直流电机的性能分析无刷直流电机的性能主要包括转速、转矩和效率。
1. 转速：无刷直流电机的转速取决于电子调速器的驱动信号和负载情况。
通常情况下，当负载较小时，转速较高。
而随着负载的增加，转速会逐渐降低。
2. 转矩：转矩是电机转动时产生的力矩。
无刷直流电机的输出转矩与电流成正比。
当电流增大时，输出转矩也会随之增大。
同时，转矩还受到电机的结构设计和磁铁材料的影响。
3. 效率：无刷直流电机的效率通常指电机的转动效率，即将输入的电能转化为机械功的比例。
高效率的无刷直流电机可以减少能源消耗和热量产生。
三、无刷直流电机的应用无刷直流电机在许多领域具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：1. 电动汽车：无刷直流电机作为电动汽车的动力源，具有高效率、低噪音和快速响应的特点。
它可以驱动汽车前进、制动和转向，成为电动汽车领域的关键技术。
2. 工业自动化：无刷直流电机作为工业自动化装置的驱动装置，广泛应用于机器人、传送带、工业机床等设备中。
直流无刷电机内部结构直流无刷电机，听起来是不是有点高大上？它就是一种特别厉害的电机，跟咱们平常用的电机大有不同。
它内部结构复杂，但咱们可以简单聊聊，让你也能懂得明白。
说实话，了解这个电机，就像剥洋葱，外面看上去简单，里面却层层叠叠，直让人想哭。
先说说这个电机的“心脏”，就是电机的定子。
定子里可不是一块简单的铁片，而是由很多绕线圈组成的，像极了大马路上的电缆，电流在里面窜来窜去，热火朝天。
想象一下，这些绕线圈就像舞台上的演员，随着电流的变化不停地表演着，没错，就是在上演一场精彩的“电流秀”。
而这些绕线圈最重要的就是能产生磁场，没磁场可就玩不转了。
再来说说转子。
转子在电机里可是个“明星”，它在定子的“怀抱”里旋转，驱动着整个电机工作。
转子的外面包裹着永磁体，这个可有意思了，永磁体就像是个“不怕冷”的家伙，不管你怎么转，它始终都能给你提供稳定的磁场，真是个忠实的小伙伴。
转子和定子之间的互动，简直就是一对默契十足的舞伴，真是一加一大于二的组合。
然后，就是控制系统。
直流无刷电机可不是什么“傻瓜”，它有个精明的控制系统，负责调节电流的方向和大小。
这个控制系统就像是个导演，时刻在关注着这场“电流秀”的进程。
它通过传感器检测转子的位置信息，及时调整电流，确保转子能顺畅地旋转。
想象一下，没了这个导演，演出可就乱了套，场面一度失控。
再说电机的优势，直流无刷电机可不光看上去拉风，它在效率上也是相当给力。
由于没有刷子磨损，电机的使用寿命大大延长。
想想看，以前的电机就像个年轻小伙，跑得快，但没多久就累趴下。
而直流无刷电机呢，稳稳地像个中年大叔，耐力超赞，能持续工作很久，根本不怕累。
噪音问题。
众所周知，很多电机在工作的时候，哐哐哐的声音那真是让人心烦。
可直流无刷电机就像个话少的绅士，声音轻柔，几乎听不见。
试想一下，你正在享受一个安静的夜晚，忽然传来一阵刺耳的噪音，那绝对是个“杀手”。
而直流无刷电机的悄无声息，就能让你在安静中享受高效的动力。
无刷直流电动机的设计无刷直流电动机（BLDC）是一种基于电子换向器和磁传感器的新型电机，具有高效率、高功率密度、高可靠性、无摩擦等优点，广泛应用于工业、农业、家电和汽车等领域。
本文将介绍无刷直流电动机的设计原理、设计流程和一些关键技术。
一、设计原理无刷直流电动机的工作原理是利用永磁体和电流产生的磁场相互作用，从而产生转矩。
它的转子由一个或多个永磁体组成，通过电流换向器控制电流的方向，从而实现转子的旋转。
无刷直流电动机通常采用三相设计，每相之间的换向角为120度。
二、设计流程1.确定电机的额定功率和转速。
根据设计要求，确定电机的额定功率和转速。
这些参数将决定电机的尺寸、材料和冷却方式等。
2.选择永磁材料和磁路设计。
根据电机的运行环境和功率需求，选择合适的永磁材料。
同时，设计磁路以确保磁通密度的均匀分布和最小的磁路损耗。
3.设计定子绕组和绝缘系统。
根据电机的功率和电压要求，设计定子绕组。
同时，设计合适的绝缘系统以确保电机的安全性和可靠性。
4.确定电流换向器的拓扑和控制策略。
选择合适的电流换向器拓扑（如半桥、全桥等）以及控制策略（如PWM控制、电流环控制等），以实现电机的换向操作。
5.进行磁场分析和电磁设计。
通过磁场分析软件，进行电磁设计。
通过磁场分析，可以得到电机的特性曲线、转矩和功率密度等指标。
6.进行结构设计和热分析。
根据电机的尺寸和电机的工作环境，进行结构设计和热分析。
结构设计要考虑机械强度、制造成本等因素，热分析要考虑散热方式和绝缘系统。
7.制造和测试。
根据设计图纸进行电机的制造。
制造完成后，进行测试，通过测试结果对电机的设计进行修正和优化。
三、关键技术1.电磁设计技术。
电磁设计是无刷直流电动机设计的核心技术，它涉及到永磁体选材、磁路参数计算、磁场分析等方面。
2.电流换向器设计技术。
电流换向器是控制无刷直流电动机运行的关键部件，它的设计直接影响到电机的性能。
目前常用的换向器有半桥、全桥等拓扑，选择合适的拓扑和控制策略对电机的效率和稳定性有重要影响。
无刷直流电机无刷直流电机是指不需要刷子与换向器来实现转子的换向的直流电机。
它是一种新型的电机技术，相比传统的刷式直流电机，具有结构简单、高效率、低噪音、寿命长等优点。
因此，无刷直流电机在家电、航空航天、工业自动化等领域得到了广泛的应用。
本文将对无刷直流电机的基本原理、结构设计及应用进行详细的介绍。
一、无刷直流电机的基本原理无刷直流电机的基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子线圈产生的磁场之间的交互作用来实现转子的转动。
其基本原理有两个关键点：一是利用霍尔传感器来检测转子位置，从而实现换相控制；二是通过电子换相器控制电流的方向和大小，从而驱动电机转动。
相比传统的刷式直流电机，无刷直流电机在结构上更加简单，没有刷子和换向器，因此能够实现更高的转速和更低的噪音。
二、无刷直流电机的结构设计在无刷直流电机的结构设计中，需要考虑到转子和定子之间的匹配度，以及电子换相器的设计。
转子与定子之间的匹配度决定了电机的效率和转速，而电子换相器的设计则决定了电机的控制精度和稳定性。
因此，在设计无刷直流电机时，需要充分考虑转子和定子的材料选择、加工工艺以及电子换相器的电路设计。
三、无刷直流电机的应用在家电领域，无刷直流电机广泛应用于洗衣机、风扇、吸尘器等家用电器中。
相比传统的刷式直流电机，无刷直流电机具有更高的效率和更低的噪音，能够提供更好的用户体验。
在航空航天领域，无刷直流电机被广泛应用于飞机和导弹等载具中。
由于其结构简单，能够实现高速转动和低噪音，无刷直流电机能够提供可靠的动力支持，提高飞行器的性能。
在工业自动化领域，无刷直流电机广泛应用于机器人和数控设备等自动化设备中。
无刷直流电机能够实现高速转动和精确的位置控制，提高自动化设备的工作效率和精度。
综上所述，无刷直流电机是一种新型的电机技术，具有结构简单、高效率、低噪音、寿命长等优点。
在家电、航空航天、工业自动化等领域具有广泛的应用前景。
未来，随着科技的进步和无刷直流电机技术的不断创新，无刷直流电机将在更多领域得到应用，为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。
电机与拖动基础课程设计报告设计题目：学号：指导教师：信息与电气工程学院二零一六年七月直流无刷电机本体设计1. 设计任务(1) 额定功率80N P W = (2) 额定电压310N U V ≤(3) 电动机运行时额定转速1000/min N n r = (4) 发电机运行时空载转速max 6000/minn r = (5) 最大允许过载倍数 2.5λ=(6) 耐冲击能力21500/m a m s =(7) 机壳外径42D mm ≤设计内容：1. 根据给定的技术指标，计算电机基本尺寸，包括：定子铁心外径、定子铁心内径、铁心长度等。
2. 磁路计算，包括极对选择、磁钢选型、磁钢厚度、气隙长度等方面计算。
3. 定子绕组计算，包括定子绕组形式、定子槽数、绕组节距等计算。
2. 理论与计算过程2.1 直流无刷电机的基本组成环节直流无刷电动机的结构原理如图2-1-1所示。
它主要由电机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。
电机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。
其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,……）组成。
图中的电机本体为三相电机。
三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接，位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。
当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。
由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。
因此，所谓直流无刷电机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。
其原理框图如图2-1-2所示。
图2-1-1 直流电动机的工作原理图图2-1-2 直流无刷电机的原理框图电机转子的永久磁钢与永磁有刷电机中所使用的永久磁钢的作用相似，均是在电机的气隙中建立足够的磁场，其不同之处在于直流无刷电机中永久磁钢装在转子上，而直流有刷电机的磁钢装在定子上，图2-1-3示出了典型直流无刷电机本体基本结构图。
电机与拖动基础课程设计报告设计题目：学号：指导教师：信息与电气工程学院二零一六年七月直流无刷电机本体设计1. 设计任务(1) 额定功率80N P W = (2) 额定电压310N U V ≤(3) 电动机运行时额定转速1000/min N n r = (4) 发电机运行时空载转速max 6000/minn r = (5) 最大允许过载倍数 2.5λ=(6) 耐冲击能力21500/m a m s =(7) 机壳外径42D mm ≤设计内容：1. 根据给定的技术指标，计算电机基本尺寸，包括：定子铁心外径、定子铁心内径、铁心长度等。
2. 磁路计算，包括极对选择、磁钢选型、磁钢厚度、气隙长度等方面计算。
3. 定子绕组计算，包括定子绕组形式、定子槽数、绕组节距等计算。
2. 理论与计算过程2.1 直流无刷电机的基本组成环节直流无刷电动机的结构原理如图2-1-1所示。
它主要由电机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。
电机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。
其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,……）组成。
图中的电机本体为三相电机。
三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接，位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。
当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。
由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。
因此，所谓直流无刷电机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。
其原理框图如图2-1-2所示。
图2-1-1 直流电动机的工作原理图图2-1-2 直流无刷电机的原理框图 电机转子的永久磁钢与永磁有刷电机中所使用的永久磁钢的作用相似，均是在电机的气隙中建立足够的磁场，其不同之处在于直流无刷电机中永久磁钢装在转子上，而直流有刷电机的磁钢装在定子上，图2-1-3示出了典型直流无刷电机本体基本结构图。
图2-1-3 直流无刷电机基本结构图直流无刷电机电子开关线路是用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，主要由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两个部分组成。
功率逻辑开关单元是控制电路的核心，其功能是将电源的功率以一定逻辑关系分配给直流无刷电机定子上各相绕组，以便使电机产生持续不断的转矩。
而各相绕组导通的顺序和时间主要取决于来自位置传感器的信号。
但位置传感器所产生的信号一般不能直接用来控制功率逻辑开关单元，往往需要经过一定逻辑处理后才能去控制逻辑开关单元，综上所述，组成直流无刷电机各主要部件的框图，如图2-1-4所示。
图2-1-4 直流无刷电机的组成框图2.2 直流无刷电机的基本工作原理众所周知，一般的永磁式直流电机的定子由永久磁钢组成，其主要的作用是在电机气隙中产生磁场。
其电枢绕组通电后产生反应磁场。
由于电刷的换向作用，使得这两个磁场的方向在直流电机运行的过程中始终保持相互垂直，从而产生最大转矩而驱动电动机不停地运转。
直流无刷电机为了实现无电刷换相，首先要求把一般直流电机的电枢绕组放在定子上，把永磁磁钢放在转子上，这与传统直流永磁电机的结构刚好相反。
但仅这样做还是不行的，因为用一般直流电源给定子上各绕组供电，只能产生固定磁场，它不能与运动中转子磁钢所产生的永磁磁场相互作用，以产生单一方向的转矩来驱动转子转动。
所以，直流无刷电动机除了由定子和转子组成电机本体以外，还要由位置传感器、控制电路以及功率逻辑开关共同构成的换相装置，使得直流无刷电机在运行过程中定子绕组所产生的的磁场和转动中的转子磁钢产生的永磁磁场，在空间始终保持在（π/2）rad左右的电角度。
下面以图2-1-1所示电路对直流无刷电机工作过程作简要说明。
设三相桥式逆变器采用“120°导通型”通断规律。
即：每隔1/ 6周期（60°电角度）换相一次，每次换相一个功率管，每一功率管导通120°电角度。
各功率管的导通顺序是V1V2、V2V3、V3V4、V4V5、V5V6、V6V1、…。
当功率管V1和V2导通时，电流从V1管流入A相绕组，再从C相绕组流出，经V2管回到电源。
如果认定流入绕组的电流所产生的转矩为正，那么从绕组流出所产生的转矩则为负，它们合成的转矩如图2-2-1（a）所示，其大小为3Ta，方向在Ta 和－Tc的角平分线上。
当电机转过60°后，由V1V2通电换成V2V3通电。
这时，电流从V3流入B相绕组再从C相绕组流出，经V2回到电源，此时合成的转矩如图2-2-1（b）所示，其大小同样为3Ta。
但合成转矩Tbc的方向转过了60°电角度，而后每次换相一个功率管，合成转矩矢量方向就随着转过60°电角度，但大小始终保持3Ta不变。
图2-2-1（c）示出了全部合成转矩的方向。
图2-2-1 定子绕组在空间合成转矩矢量图（a）V1、V2导通时合成转矩；（b）V2、V3导通时合成转矩；（c）两两通电时合成转矩矢量图所以，同样一台直流无刷电机，每相绕组通过与三相半控电路同样的电流时，采用三相星形（Y）联结全控电路，在两两换相的情况下，其合成转矩增加了3倍。
每隔60°电角度换向一次，每个功率管通电120°，每个绕组通电240°，其中正相通电和反相通电各120°，其输出转矩波形如图2-2-2所示。
由图2-2-2可以看出，三相全控时的转矩波动比三相半控时小得多。
图2-2-2 全控桥输出波形图如将三只霍尔传感器按相位差120°安装，则它们所产生的波形如图2-2-3所示。
图2-2-3 各相绕组的导通示意图2.3 直流无刷电机设计的基本步骤（1）根据给定的技术指标，计算电机基本尺寸，包括：定子铁心外径、定子铁心内径、铁心长度等。
（2）磁路计算，包括极对选择、磁钢选型、磁钢厚度、气隙长度等方面计算。
（3）定子绕组计算，包括定子绕组形式、定子槽数、绕组节距等计算。
在设计时既要保证电动机运行可靠、性能优良、效率高和寿命长，又要体积小、重量轻、材料省、加工方便，很多因素是相互矛盾和相互制约的。
对设计的要求是全面考虑，统筹兼顾，全面落实技术经济指标。
2.4 主要尺寸的选择(1) 定子铁心内径的选择直流无刷电机的转子外径Da（由于直流无刷电机气隙一般很小，为简化问题，就认为转子外径等于定子内径）一般随单位转速的输出功率P值增加而增大，当电机的单位转速输出功率P相同时，其Da大致一样。
决定Da时，可根据给定的P值并结合工厂的生产条件，参考已制成的类似电机的Da值而选定。
我国目前制造的直流电机，其Da与输出功率P的关系曲线如图2-4-1所示，它可以作为选定Da的初步依据。
图2-4-1 定子内径Da 与单位转速输出功率PN/nN 的关系 根据已知条件计算得41800.810[kW (r/min)]n 1000N N P --==⨯ (1)从图2-4-1的曲线对比，取Da=3.4cm=34mm 。
(2) 电磁负荷的选择42N D a a δ6.110P k D L BA nαη⨯= (2) 式中Da ——定子铁心内径（cm ）；La ——定子铁心长度（cm ）；kD ——考虑电机内部压降等因素影响的小于1的系数；PN ——额定功率（W ）；B ——磁负荷(T)；A ——电负荷（A/cm ）；δα——极弧系数；η——电机效率；n ——电机额定转速（r/min ）。
由式（2）可知，电负荷A 与磁负荷B 的选择与电动机的主要尺寸直接相关。
同时，A 、B 的数值与电动机的运行性能和使用寿命也有密切关系，因此必须全面考虑各方面因素，才能正确选择A 、B 的数值。
一般来说，选用较高的磁负荷B 可以节约有效材料、缩小电机体积。
但是B 过高会产生以下一些不利影响：1）将增加转子和定子铁心饱和程度，特别是定子齿中的饱和更为强烈，于是空气隙及电动机定子磁路所需的磁感应强度增高，势必要求高性能的磁钢和导磁材料，其价格随之上升。
2）因为单位体积的铁耗近似地与铁内磁感应强度的平方成正比，所以B的增大将使电机的铁耗增加，导致电机的效率降低，同时也使电机的温升增高。
同样，选用较高的电负荷A也可以节约有效材料、缩小电机体积。
但是A 过高会产生以下一些不利影响：1）定子绕组的去磁作用的影响比较显著，导致工作特性变差。
2）在定子绕组电流密度不变的条件下，这将增加定子槽内导线，从而增加了定子绕组的用铜量、铜耗和温升。
电机的电负荷A和磁负荷B与定子内径Da有关，根据已生产电机的经验数据可以绘制成曲线，作为设计时参考。
图2-4-2和图2-4-3分别表示B级绝缘直流电机的A、B的经验值和Da的关系。
由Da=3.4cm，根据图2-4-2和图2-4-3预取A=130A/cm，B=0.6T。
图2-4-2 电负荷A与定子内径Da的关系图2-4-3 磁负荷B 与定子内径Da 的关系(3) 定子铁心长度L 的确定从式（2），可以得到转子磁钢计算长度La 的表达式为4N D a 2δa 6.110P k L BAD nαη⨯=(3)图2-4-4 计算极弧系数δα与转子外径Da 的关系由Da=3.4cm ，根据图2-4-4，参考以往经验值，预取δα=0.9。
预取系数0.8D k =，效率0.7η=，根据式（3）计算得La=6.8cm 。
所以，铁心长度L=La=6.8cm 。
(4) 转子长度与直径的比值λ从式（2）可以看出，在同样给定条件和选定的A 、B 和δα数值下，2a a D L 是一定的。
因此，如果把Da 选得大一些，La 必定小一些，电机就比较粗短；反之，如果把Da 选得小一些，La 必定大一些，电机就比较细长。
电机的这个几个形状关系可用电动机计算长度与定子内径的比值来表示：a aL D λ= (4) 由Da=3.4cm ，La=6.8cm ，代入式（4）计算得a a 2L D λ==。
(5) 定子铁心外径的选择由定子铁心内径Da=3.4cm=34mm ，技术要求机壳外径42D mm ≤，根据表1可以选择定子铁心外径D1=36.8mm=3.68cm 。
2.5 磁路计算(1) 极数的选择我们已知δa a 2πp BL D αΦ=，在转子外径、长度和气隙磁感应强度确定后，沿定子圆周的总磁通Φ为一定值。
增加极对数p ，可减少每级磁通，定子轭及机座的截面积可相应减少，从而减少电机的用铁量；定子绕组的端接部分将随极数增加（即极距减小）而缩短，在同样的电流密度下，绕组用铜量也将减少；磁极增多后，定子绕组电感相应减少，这将有利于电子器件换相。
