永磁直流无刷电机设计之路（二）——整体方案设计

永磁直流无刷电机设计之路（二）——整体方案设计

1.轮毂电机参数确定

移动平台用直驱式永磁直流无刷电机设计，首先根据其行驶要求和驱动电机的性能要求，确定电机各部分的尺寸，选择合适的材料，计算其性能。
此设计原考虑用于竞赛机器人，其相关参数如下表所示。

名称	参数
长宽高	800×800×800mm
总体质量m	40kg
最高速度Vm	18km/h
迎风面积A	0.64m2
空气阻力系数CD	0.4
滚动阻力系数μ	0.05
轮胎直径D	0.1525m
驱动形式	4驱
最大爬坡度α	20°
加速时间ta	2s

根据这些移动平台参数，对电机的功率、转矩以及转速等性能就能够进行更好的设计。

2.电机功率

• 参考最高车速
  $P_a=\frac {V_m}{3600η_T}(mgf+\frac {C_DAV_m^2}{21.15})$Pa​=3600ηT​Vm​​(mgf+21.15CD​AVm2​​)
• 参考最大爬坡性能
  $P_b=\frac {V_m}{3600η_T}(mgfcosα+mgsinα+\frac {C_DAV_m^2}{21.15})$Pb​=3600ηT​Vm​​(mgfcosα+mgsinα+21.15CD​AVm2​​)
• 参考加速性能
  $P_c=\frac {1}{3600t_aη_T}(mgf\frac {V_m^2}{2\sqrt {t_a}}+\frac {C_DAV_m^2}{21.15×2.5}t_a)$Pc​=3600ta​ηT​1​(mgf2ta​​Vm2​​+21.15×2.5CD​AVm2​​ta​)
• 最终功率满足要求：
  $P≥max[P_a,P_b,P_c]$P≥max[Pa​,Pb​,Pc​]

3.电机转速

• 最高转速n_m
  依据最高速度，轮毂电机采用转子直接驱动，则电机的转速等同于车速，则轮毂电机的最高转速达到的要求如公式：
  $n_m≥\frac{V_m×10^3}{60\pi D}$nm​≥60πDVm​×103​
• 额定转速n_m
  以额定速度为依据设计，则轮毂电机的额定转速满足公式：
  $n_N=\frac{v×10^3}{60\pi D}$nN​=60πDv×103​

4.电机转矩

• 额定转矩与额定转速，额定功率的关系式为：
  $T_N=\frac{9550P_N}{n_N}$TN​=nN​9550PN​​

5.电机性能设计要求

名称	参数	单位
额定电压	24	V
峰值功率	350	W
额定功率	191	W
额定转矩	3.81	N·m
额定转速	500	rpm

结语

整体方案及后面的电磁参数计算复杂，建议使用EXCEL进行计算。