摘 要

Abstract 7

1绪论 8

1.1 研究意义 8

1.2 研究现状 8

1.3 论文的研究内容 10

2 电机系统的总体方案确定 11

2.1电机形式选择 11

2.2 位置检测和控制方案选择 12

3电机的电磁设计分析 13

3.1 总体计算思路 13

3.2永磁材料选择 14

3.2.1退磁曲线和永磁材料的磁参数 14

3.2.2永磁材料的稳定性 15

3.2.3永磁材料的种类 15

3.2.4本次设计永磁材料及性能参数 17

3.3磁极尺寸计算 17

3.3.1磁极内外径确定 17

3.3.2磁极数和极弧系数的选择 19

3.4 磁路计算 20

3.4.1空载点的确定 20

3.4.2空载的校核 20

3.5电路计算 21

3.5.1绕组形式的确定 21

3.5.2电枢反应计算及稳态性能分析 22

3.6 电机具体数据的计算 24

3.6.1 电机电磁设计的基本流程 24

3.6.2 电机电磁设计的具体计算 25

4 电机的机械结构设计 31

4.1电机主要零件的结构设计 31

4.1.1 永磁体 31

4.1.2 转子盘 31

4.1.3 定子 32

4.1.4 定子套 33

4.1.5 轴 33

4.1.6 机壳 35

4.1.7 前端盖 36

4.1.8 位置检测器件 36

4.2电机的装配 37

4.2.1 转子的装配 37

4.2.2 定子的装配 38

4.2.3 位置检测器件的装配 38

4.2.4 电机的总装配 39

5位置检测与驱动系统方案设计 41

5.1本电机的换相原理 41

5.2本电机的位置检测 42

5.3本电机的驱动系统设计 44

6 电机转矩和质量关系分析 46

7 总结与展望 48

7.1总结 48

7.2展望 48

参考文献 49

致 谢 50

摘 要

本文先设定了电机的总体结构，然后进行磁路分析计算和位置检测系统结构的设计，设计出一个新型的机器人关节系统。该系统能够较好的协调电机提供的转矩与自身质量和转速的关系，这样就可以达到减小电机体积，提高电机效率和其可靠性的目的。

盘式永磁无刷电机是本次使用的电机结构。相比于传统电机，盘式永磁无刷直流电机的气隙磁场是轴向分布的。这种结构具有轴向紧凑，电磁转矩高等特点。

本次电机设计选择使用双面定子双侧永磁体转子结构，总计有16极对数和12槽。在确定了电磁结构的核心部分后进行相应的磁路计算得出永磁体的基本尺寸，再根据永磁体的尺寸来进行其他零件的设计。

本次设计的位置检测系统使用了三个霍尔元件。这种传感器体积小，重量轻，很适合在这种小型电机上使用。转子上有16块永磁体，三个霍尔元件可实现每7.5°进行一次换相，然后采用DSP芯片作为驱动控制器设计了该电机的模块化驱动电路，故可使该电机具有良好的低速性能。

通过参数化建模和参数化设计得到有关电机质量和转矩，转速和转矩的关系曲线，以此来分析怎么能够设计出更加合理的电机。

关键词：盘式永磁无刷直流电机；结构设计；位置检测；质量和转矩关系；

Abstract

Firstly set the overall structure of the motor, then carries on the analysis of the magnetic circuit calculation and position detection system structure design, design a new type of robot joint system. The system is able to provide better coordination of motor torque and its quality and speed of the relationship, so that you can reduce the volume of the motor, to improve the motor efficiency and the reliability of the objective.

Using the disc permanent magnet brushless DC motor structure design in the structure of the motor. Compared with the traditional motor, disc permanent magnet brushless DC motor air gap magnetic field is axial distribution of. This kind of motor with axial structure compact, electromagnetic torque higher characteristic.

The motor design selection using bilateral double stator permanent magnet rotor structure, a total of 16 pairs of poles and 12 slot. In determining the electromagnetic structure of the core part of magnetic circuit of the corresponding calculated the basic size of permanent magnet, according to the size of the permanent magnet to the design of other parts.

Three Hall elements are used in the design of position detection system. This kind of sensor has the advantages of small volume, light weight, very suitable for used in the small motor. There are 16 pieces of permanent magnet on the rotor, three Hall elements can be per 7.5 DEG a commutation is realized, and the DSP chip as the driving controller is designed with modularization of the motor drive circuit, so it can make the motor has good performance at low speeds.

Through parametric modeling and parametric design until the motor quality and torque, speed and torque of the curve, in order to analyze how to design a more reasonable motor.