120W汽车用无刷直流永磁电机设计毕业设计论文

1 绪论无刷直流电机[1]（Brushless DC Motor ,简称BLDCM）用电子换相取代了直流电机的机械换相，把永磁材料做成转子，省去了电刷，因而它具有很强的生命力。

无刷直流电机的驱动电路能比较容易的获得方波，反馈装置简单，功率密度高，输出转矩大，控制结构简单，使得BLDCM的应用比直流电机要广泛得多。

1.1 课题研究目的与意义一个世纪以来，电机作为机电能量转换装置，其应用已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。

众所周知，直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，但是传统的直流电机均采用电刷，以机械方法进行换向，因而存在机械摩擦，由此带来噪声、电火花、无线电千扰以及寿命短等致命弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大地限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上，大多数采用三相异步电机。

无刷直流电机既具备传统直流电机运行效率高、调速性能好、无励磁损耗的优点，又具有结构简单、运行可靠、维护方便等独特的优势，特别是与传统直流电机相比，无刷直流电机不采用电刷进行换相，因而不存在机械换相带来的诸多缺点，故在许多高科技领域中应用越来越广泛。

在军事装备领域，使用无刷直流电机能更好地满足快响应、高精度的要求。

对常规武器如雷达的天线控制系统、高射武器的自动跟踪系统等，这些随动系统必须具备很高的角速度、角加速度和很高的跟踪精度，快速跟踪和准确定位是两个重要的技术指标，其控制器的好坏直接影响着装备战术技术性能，因此，如何使随动系统具有稳定性好、可靠性高、响应速度快、跟踪精度高等特点成为研究随动系统的关键。

近十年来，用高新技术武装的各种新型武器如战术导弹、隐形飞机、武装直升机等空中武器不断涌现，其目标识别能力、隐蔽程度、目标命中精度均大大提高，这给武器随动系统提出了新的要求。

在民用领域，随着现代电力电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及人工智能技术等高新技术的发展，对电动机的要求从过去简单的提供动力发展到精确控制，从而促进了电动机与电子产品紧密结合的机电一体化产品的发展，如激光加工、机器人、数控机床、柔性制造系统等。

分析电动汽车永磁无刷直流电机控制器设计摘要：永磁无刷直流电机采用的是永磁体转子，没有励磁损耗，也没有使用换向器、电刷等机械换向设备，具有能量密度高、可靠性好、输出扭矩大等优势，在国内外电动汽车领域有着较高的关注度。

永磁无刷直流电机的控制技术与运行方式，对电动汽车整体性能的影响比较直接，因此，在电机控制器设计领域具有较强的影响力。

关键词：电动汽车、永磁无刷直流电机、控制器设计引言：本文主要对电动汽车中所使用的永磁无刷直流电机控制器的设计进行分析与研究，在提倡低碳节能发展的社会背景之下，电动汽车已经成为了交通领域的一大重要发展方向，而无刷直流电动机作为电动汽车的主要驱动电机设备，是当下科技发展的重要研究对象。

1.永磁无刷直流电机概述我们都知道，直流电机在调速性能方面具有良好的优势，比如调速范围，低速性能、控制技术、运行效率等方面的表现都非常优良。

目前，国外已经研发出了很多种永磁电机，永磁无刷电机在实际运行方面更加的便捷，我国从上世纪七十年代开始研发永磁电机，在家用、农业等新型电器方面的发展成果较好，永磁电机在投入市场之后，反馈结果区域优良，尤其是在新能源汽车方面的应用上，永磁电机的市场需求还在持续上涨，无刷直流电机的性能优势决定了它在电动汽车领域的地位。

美国有关调研结果中显示，每辆豪华轿车中，至少需要使用到几十个永磁电机，就是在一般的汽车中也需要使用到二十个永磁电机。

而在环境问题日渐恶化的今天，汽车的使用量还在不断的扩张，而汽车生产上门也在不断提升汽车的节能性，要求汽车上所使用的电机性能必须良好，在电机运行效率方面也有相关的要求，并且在不断缩小汽车体积，防止汽车运行过程中产生过多的火花，降低噪音，延长汽车使用寿命，而这些性能在永磁无刷直流电机中都具备。

这也是无刷直流电机能够在汽车领域得到长远发展的重要优势之一。

在未来的几十年中，无刷直流电机的将会被广泛应用与电动汽车、电动摩托车等领域中。

在专注节能环保事业的电动汽车领域只能怪永磁无刷直流电机的应用优势更是显著。

电动汽车无刷直流电机驱动的研究1 电动汽车无刷直流电机驱动介绍交通车辆的废气排放与污染已成为一个世界性的环境问题，近二十年来，世界各国纷纷投入力量，寻找降低或杜绝车辆废气排放与污染的途径， 其中用于轿车和公交客车的电动车/混合动力车技术最为引人注目。

在我国，电动汽车已被列为科技部全面启动实施 12 个重大关键技术攻关与产业化示范科技专项之一。

电动汽车的核心技术是电源系统及驱动系统，电动汽车的驱动将成为现代交流传动技术的一个主要应用领域，具有广阔的市场前景。

无刷直流电机具有小体积、轻重量、高效能、易控制等诸多优点， 既具有直流电机优良的转矩控制特性， 又免除直流电机碳刷需经常维护的弊端，非常适用于电动汽车驱动。

2 直流无刷电机的数学模型为简化电机的数学模型，做如下假设：1) 三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流与转子磁场皆对称分布；2) 忽略齿槽、 换相过程和电枢反应等影响；3) 电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；4) 磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。

于是可以得到三相绕组的电压平衡方程：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a c b a c b a c b a e e e i i i p L MM M L M M M Li i i r r r u u u 000000 (1) 式(1)中，a u 、b u 、c u 为三相相电压；a i 、b i 、c i 为三相相电流；a e 、b e 、c e 为三相反电动势；L 为三相绕组的自感；M 为每两相绕组间的互感；p 为微分算子p = dt d /；由于电机三相采用 Y 型连接，故：0=++c b a i i i (2)0=++c b a Mi Mi Mi (3)将式(2)和式(3)代入式(1)中，得到电压方程：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a c b a c b a c b a e e e i i i p M L M L ML i i i r r r u u u 00000000000 (4)根据式(4)得到电机的等效电路图，如图2-1 所示，电机的反电动势和相电流波形如图2-2 所示。

电动汽车论文永磁同步电机设计论文摘要：文章首先介绍电动汽车不同运行状况对电机的要求，根据要求来确定永磁同步电机的性能参数，以满足电动汽车的要求。

根据目标参数综合分析比较后确定转子结构为内置切向式的永磁同步电机为本论文研究对象。

通过计算初步确定永磁同步电机的基本尺寸、绕组类型、定子槽型等。

最后通过解析计算得出永磁同步电机各参数初选数值。

1 电动汽车对驱动电机性能的要求电动汽车运行工况多变复杂，因此对驱动电机的性能、尺寸都有相应的要求：①在电池电量一定的情况下行驶里程是电动汽车性能的关键因素，为了提高汽车的续航里程，要求电动机能耗低、效率高。

②汽车在行驶中会走烂路低速行驶，也会走高速路高速行驶，会运行于多种不同工况之中，要求电机调速范围宽泛。

③汽车在运行中会频繁起步、加速、制动减速、爬坡等，要求电机具有较大的启动转矩，在设计中可选取较大的过载系数。

④为了增大汽车车内空间、便于电机布置同时减轻汽车重量，要求电机比功率较大、体积小、尽量采用较高的额定电压。

2 永磁同步电机总体设计电动汽车用永磁同步电机总体设计首先需要确定电机的磁路结构，选用合理的计算方法确定电机各部件的尺寸参数，基本确定出电机的原型。

2.1 转子磁路结构选择转子磁路结构对永磁同步电机的驱动性能产生很大影响，是电机设计阶段首先要考虑的问题。

隔磁桥能有效控制磁漏系数的大小，因此合理设计隔磁桥很重要[1]。

磁漏系数小电机的抗去磁能力减弱，磁漏系数大所需永磁体量就多。

因此需要对电机的磁路结构进行合理设计以满足电动汽车对驱动电机的要求。

不同的磁路结构对电机的电感参数影响很大，主要根据永磁体布置与转子位置不同分为表面置式与内置式，如图1所示。

由于永磁体内置式切向式永磁同步电机转矩输出能力比其他电机强、调速范围宽、结构紧凑、运行可靠。

因此选用该种结构形式为本课题研究对象。

2.2 永磁体材料与尺寸选择目前，永磁同步电机永磁体材料采用稀土材料钕铁硼[2]，它具有很高的矫顽力和磁能积，磁能积是普通铁氧永磁体的6倍以上。

直流无刷电机毕业设计毕业设计论文论文题目：直流无刷电机学生姓名：学生学号：专业班级:指导教师：日期：AbstractBrushless DC Motor摘要无刷直流电机是最近发展起来的结合了多学科技术的一种新型电机，结合机电一体化，具有高速度、高效率、高动态响应、高热容量和高可靠性、免维护等优点，同时还具有低噪声和长寿命等特点。

非常适合使用在24小时连续运转的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压缩机负载;低速高转矩及高频繁正反转不发热的特性，更适合应用于机床工作母机及牵引电机的驱动;其稳速运转精度比直流有刷电机更高,比矢量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高,性能价格比更好,是现代化调速驱动的最佳选择。

目前无刷电机已广泛应用于各种领域，如医疗仪器、分析仪器、材料处理、过程控制、机床工业、纺织工业、轻工机械、电动自行车等。

无刷直流电机的控制要比普通有刷电机的控制要复杂得多。

目前直流电机的控制方法主要有两种，一种是采用专用得直流电机控制芯片，如Motorola公司的MC33035；另一种控制方法各个厂家根据自己的需求采用单片机或DSP进行开发设计。

本设计主要采用嵌入式单片机ATMEGA48写入控制程序，从而形成一种高性能直流无刷电机控制器。

其不但能实现MC33035直流电机控制芯片的全部功能，而且具有接口灵活，功能完善，成本低廉、全数字控制等优点，用户能根据不同应用场合进行灵活配置。

关键词：无刷直流电机、HALL、PWM目录Abstract ............................................................................................... 错误!未定义书签。

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小功率永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究摘要永磁无刷直流电动机是把电机、电子和稀土材料的高新技术产品发展紧密的结合在一起的新型电机，它具有单位体积转矩高、重量轻、转矩惯量小、控制简单、能耗少和调速性能好等优点，因而在航天航空、数控机床、机器人、汽车、计算机外围设备、军事等领域及家用电器等方面都获得了广泛的应用。

因此，设计性能优异的永磁无刷直流电机具有重要的理论意义和应用价值。

本论文系统的研究了35w小功率永磁无刷直流电机的本体设计，包括设计方法、有限元分析、性能计算、软件仿真等。

本文主要的研究内容如下：1、综述了永磁无刷直流电机的研究现状、存在问题和发展前景，分析了永磁无刷直流电机的基本理论。

2、建立永磁无刷直流电机的数学模型，先利用解析法对该电机进行电磁设计，然后利用有限元法对电机进行优化。

3、基于星形连接三相三状态的控制电路，利用Infolytic公司的MagNet电磁场分析软件建立了永磁无刷直流电机的有限元分析模型，仿真分析其静态气隙磁场分布及动态带负载时的电机特性。

并将软件仿真所得结果与设计计算结果进行比较分析，验证了设计方法的正确性。

关键词：电机设计，无刷直流电动机，有限元分析，稳态特性第一章绪论1．1永磁无刷直流电动机的发展状况永磁无刷直流电动机是一种新型的电动机，其应用广泛，相关技术仍然在不断的发展中，该类电动机的发展充分体现了现代电动机理论、电力电子技术和永磁材料的发展过程。

其中，永磁材料、大功率开关器件、高性能微处理器等的快速发展对永磁无刷直流电动机的进步功不可没。

1821年9月，法拉第建立的世界上第一台电机就是永磁电机，自此奠定了现代电机的基本理论基础。

十九世纪四十年代，人们研制成功了第一台直流电动机。

1873年，有刷直流电动机正式投入商业应用。

从此以后，有刷直流电动机就以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，占据了极其重要的地位。

随着生产的发展和应用领域的扩大，对直流电动机的要求也越来越高。

无刷直流电机毕业设计编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：电动小车中无刷直流电机的控制系统业学号： 0822104学生姓名：姚振德指导教师：方光辉（职称：副教授）（职称：）2019年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）电动小车中无刷直流电机的控制系统是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。

班级：学号：作者姓名：月无锡太湖学院信机系电子信息工程专业毕业一、题目及专题：1、题目设计论文任务书2、专题一、课题来源及选题依据：直流电动机因其优良的调速、起动、制动性能在各种电力拖动系统中得到广泛的应用，但因直流电机的机械换向出现的火花等问题在一些地方限制了直流电机的使用。

自20世纪70年代以来，电力电子器件迅速发展，研制并生产出多种既能控制其导通又能控制其关断的全控型器件，如门极可关断晶闸管（GTO ）、电力晶体管（GTR ）、电力场效应管（P-MOSFET ）、绝缘栅极双极型晶体管（IGBT ）等，这些全控型器件性能优良，由它们构成的电子开关在直流电机中取代了机械换向，构成直流无刷电机，解决了机械换向出现的火花等问题，同时由全控元件组成的脉宽调制直流调速系统（简称PWM 调速系统）近年来在中小功率直流传动中得到了迅猛的发展, 且由于专用集成电路的出现，使控制器性能更加优良，体积减小。

本课题研究电动小车中无刷直流电机的控制系统。

二、本设计应达到的要求：了解电动小车的工作情况，其负荷特点；了解PWM 技术的现状﹑发展以及其应用价值和可操作性。

明确生产机械对ZD 调速系统的要求；拟定ZD 调速方案；熟悉无刷ZD 电动机的基本工作原理；熟悉位置检测传感器的原理；选用专用PWM 集成电路在无刷直流电动机进行速度控制；应用集成驱动电路完成对电动机驱动和调速等性能的要求；完成毕业设计总体方案。

摘要 (2)第1章绪论31.1 研究的目的和意义 (3)1.2 国内外研究现状 (3)1.2.1 国外研究现状 (4)1.2.2 国内研究现状 (4)1.3 论文组织结构 (5)第2章直流调速系统的方案选择和总体结构及框图62.1 直流电动机调速概述 (6)2.2 现行方案的讨论与比较 (6)2.2.1 选择方波PWM控制系统的理由 (7)2.2.2 选择IGBT的H桥型主电路的理由 (7)2.2.3 采用转速电流双闭环的理由 (8)2.3 系统方案的确定及框图 (8)第3章系统硬件电路设计103.1 单片机最小系统 (10)3.1.1 单片机最小系统与时钟电路 (10)3.1.2 定时器PWM发生电路 (12)3.2 驱动电路设计 (12)3.3 电流检测电路 (12)3.4 转速检测电路 (13)3.5 LCD12864显示电路 (14)3.6 电源电路 (14)3.7 按键电路 (15)3.8 蜂鸣器报警电路 (16)第4章系统软件设计184.1 系统整体软件设计 (18)4.2 PID算法设计 (19)4.2.1 PID简介 (19)4.2.1 PID参数计算 (19)结论 (22)摘要本设计研究了直流调速系统的国内外发展状况，并对并对调速系统设计方案进行选择，最终确定了PWM调控的PID算法转速电流双闭环控制的系统设计方案。

本设计可分为硬件设计与软件设计两部分，其中硬件设计采用STC98C52作为控制核心，电流检测电路、转速检测电路的检测到的参数分两路输送，一路输送给单片机，并通过与设置好的值进行比较，判断电路是否过载或短路，一旦电机故障，立即拉响蜂鸣器并在LCD中显示故障，另外一路反馈给PID控制器构成双闭环调节；在对系统的软件部分进行设计的过程中需要分别对主程序以及PID控制程序进行设计，其中主程序的作用是将单片机初始化，并进行数据处理，PID控制器三个参数的调整主要由PID计算程序实现。

永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究一、本文概述本文旨在全面探讨永磁无刷直流电动机（Permanent Magnet Brushless DC Motor, PMBLDCM）的设计和仿真研究。

永磁无刷直流电动机作为现代电力驱动系统的关键组件，具有高效率、高功率密度、低噪音和低维护成本等诸多优点，因此在电动汽车、航空航天、家用电器等领域得到了广泛应用。

本文将从理论基础、设计原则、仿真方法、优化策略等多个方面，对永磁无刷直流电动机的设计和仿真进行深入研究。

本文将概述永磁无刷直流电动机的基本工作原理和结构特点，为后续的设计研究和仿真分析奠定理论基础。

接着，重点讨论电动机设计过程中的关键因素，包括绕组设计、磁路设计、热设计以及电磁兼容性设计等，并提出相应的设计原则和优化策略。

在此基础上，本文将探讨基于数值计算的仿真分析方法，包括有限元分析、电路仿真、热仿真等，以评估电动机的性能和可靠性。

本文将总结永磁无刷直流电动机设计和仿真研究的最新进展，展望未来的发展趋势和研究方向。

通过本文的研究，旨在为读者提供一套完整的永磁无刷直流电动机设计和仿真分析框架，为推动该领域的技术进步和应用发展做出贡献。

二、永磁无刷直流电动机的基本原理与特点永磁无刷直流电动机（Permanent Magnet Brushless DC Motor, PMBLDCM）是一种结合了直流电机与无刷电机技术的先进电动机类型。

其基本原理在于利用永久磁铁产生的恒定磁场作为电机的励磁场，并通过电子换向器实现电流的换向，从而实现电机的连续旋转。

这种设计消除了传统直流电机中的机械换向器和电刷，显著提高了电机的运行效率和可靠性。

高效率：由于消除了机械换向器和电刷，减少了能量损失和摩擦，使得PMBLDCM具有更高的运行效率。

高转矩密度：永磁体产生的恒定磁场使得电机在相同体积下能够产生更大的转矩。

良好的调速性能：通过电子换向器，可以实现对电机转速的精确控制，满足各种应用需求。

无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计学号：1008421057本科毕业论文（设计）(2014届)直流无刷电机控制系统的设计院系电子信息工程学院专业电子信息工程姓名胡杰指导教师陆俊峰陈兵兵高工助教2014年4月摘要无刷直流电机的基础是有刷直流电机，无刷直流电机是在其基础上发展起来的。

现在无刷直流电机在各种传动应用中虽然还不是主导地位，但是无刷直流电机已经受到了很大的关注。

自上世纪以来，人们的生活水平在不断地提高，人们在办公、工业、生产、电器等领域设备中越来越趋于小型化、智能化、高效率化，而作为所有领域的执行设备电机也在不断地发展，人们对电机的要求也在不断地改变。

现阶段的电机的要求是高效率、高速度、高精度等，由此无刷直流电机的应用也在随着人们的要求的转变而不断地迅速的增长。

本系统的设计主要是通过一个控制系统来驱动无刷直流电机，主要以DSPIC30F2010芯片作为主控芯片，通过控制电路采集电机反馈的霍尔信号和比较电平然后通过编程的方式来控制直流无刷电机的速度和启动停止。

关键词：控制系统；DSPIC30F2010芯片；无刷直流电机AbstractBrushless dc motor is the basis of brushless dc motor, brushless dc motor is developed on the basis of its. Now in all kinds of brushless dc motor drive applications while it is not the dominant position, but the brushless dc motor has been a great deal of attention.Since the last century, constantly improve the people's standard of living, people in the office, industrial, manufacturing, electrical appliances and other fields increasingly tend to be miniaturization, intelligence, high efficiency, and as all equipment in the field of motor is in constant development, people on the requirements of the motor is in constant change. At this stage of the requirements of the motor is high efficiency, high speed, high precision and so on, so is the application of brushless dc motor as the change of people's requirements and continuously rapid growth.The design of this system mainly through a control system to drive the brushless dc motor, mainly dspic30f2010 chips as the main control chip, through collecting motor feedback control circuit of hall signal and compare and then programmatically to control the speed of brushless motor and started to stop.Keywords: Control system; dspic30f2010 chip; brushless DC motor目录摘要 (I)Abstract (III)目录 (IV)1 引言 01.1 研究背景及意义 01.2 国内外研究现状 (1)1.3 设计任务与要求 (1)2 基本理论 (1)2.1 无刷直流电机的结构以及基本原理 (1)2.2 无刷直流电机的运行特性 (4)2.3 无刷直流电机的应用 (5)3 直流无刷直流电机控制系统的设计 (6)3.1 无刷直流电动机系统的组成部分 (6)3.2 无刷直流电机控制系统的设计 (8)4 直流无刷电机的电路设计 (9)4.1 开关电路的设计 (9)4.2 保护电路的设计 (9)4.3 驱动电路的设计 (10)4.4 反馈电路的设计 (10)4.5 电源电路的设计 (11)5 直流无刷电机控制系统的软件设计 (11)5.1 系统功能的实现 (12)5.2 软件流程图 (12)6 实物成果及展望 (13)致谢 (16)参考文献 (16)附录 (19)1 引言近年来随着微电子技术自动控制技术和新型永磁材料的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。