THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG KHÔNG CHỔI THAN

Đồ án Thiết kế thiết bị điện

1

Khoa Điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
====o0o====

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG KHÔNG CHỔI THAN
Giáo viên hướng dẫn

: TS. Nguyễn Việt Anh

Sinh viên thực hiện

Mã sinh viên

Phạm Xuân Hiệp

2019606782

Đào Tất Đức

2019607234

Trần Ngọc Hải

2019607071

Lớp

: Điện 8- K14

Hà nội, 2022

1
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện

2

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI

Khoa Điện

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
Số: 06
1. Tên lớp: 20214EE6023001

2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 2
STT
1
2
3

Họ và tên
Phạm Xuân Hiệp
Đào Tất Đức
Trần Ngọc Hải

Mã SV
2019606782
2019607234
2019607071

Lớp
2019DHDIEN08 - ĐH K14
2019DHDIEN08 - ĐH K14
2019DHDIEN08 - ĐH K14

3. Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Anh
NỘI DUNG
Đề tài: Tính tốn, thiết kế động cơ một chiều không chổi than BLDC, rotor bên
trong có cơng suất Pđm=250W.
U CẦU THỰC HIỆN
A. Phần thuyết minh
1.

Tổng quan về động cơ khơng đồng bộ rơto lồng sóc.

2.

Tính tốn thiết kế:

 Tính tốn mạch từ, dây quấn stato, rơto.
 Tính tốn nhiệt và kết cấu động cơ.
 Xây dựng đặc tính mở máy và tính tốn tham số không tải.
3.

Mô phỏng kết quả thiết kế động cơ trên phần mềm.

4. Nội dung trình bày báo cáo ĐAMH theo đúng quy cách chung
(BM03-Quy định số 815/QĐ-ĐHCN, ngày 15 tháng 8 năm 2019).
B. Bản vẽ kỹ thuật
STT
Tên bản vẽ
1
Sơ đồ kích thước mạch từ stato, rơto.
2
Sơ đồ trải dây quấn stato.
3
Sơ đồ kết cấu, lắp ráp động cơ.
Ngày giao đề tài: 04/7/2022

Nhóm 2

Khổ giấy
A4
A4

A4

Số lượng
01
01
01

Ngày hồn thành: 22/8/2022

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện

3

Khoa Điện
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Việt Anh

3
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


(BM01)
Đồ án Thiết kế thiết bị điện

4

Khoa Điện

PHIẾU HỌC TẬP NHĨM 2
I. Thơng tin chung
1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 2
TT
1
2
3

Họ và tên
Phạm Xuân Hiệp
Đào Tất Đức
Trần Ngọc Hải

Mã SV
2019606782
2019607234
2019607071

Lớp
2019DHDIEN08 - ĐH K14
2019DHDIEN08 - ĐH K14
2019DHDIEN08 - ĐH K14

II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Tính tốn, thiết kế động cơ một chiều khơng chổi than BLDC, rotor

bên trong có cơng suất Pđm=250W.
u cầu thực hiện:
1. Tổng quan về động cơ không chổi than BLDC.
2. Tính tốn thiết kế:





Thiết kế kích thước cơ bản của động cơ.
Thiết kế nam châm.
Thiết kế dây quấn, rãnh stator
Tính toán điện trở, điện cảm, kiểm tra mật độ từ thơng nam

châm tại điểm làm việc
 Xây dựng đặc tính mở máy và tính tốn tham số khơng tải.
3. Mơ phỏng kết quả thiết kế động cơ trên phần mềm.
2. Hoạt động của sinh viên.
2.1. Hoạt động/Nội dung 1: Tổng quan về động cơ không chổi than BLDC
- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Kiến thức về thiết kế máy điện.
2.2. Hoạt động/Nội dung 2: Tính tốn, thiết kế.
- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Xây dựng được quy trình thiết kế động cơ khơng
chổi than BLDC, cách thiết kế kích thước mạch từ, dây quấn stato và rôto.
2.3. Hoạt động Nội dung 3: Mơ phỏng kết quả tính tốn, thiết kế trên phần
mềm.
- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Biết được cách sử dụng phần mềm để mô phỏng
xác định kết quả, so sánh đối chiếu với kết quả tính tốn giải tích.

4
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện

5

Khoa Điện

3. Sản phẩm nghiên cứu.
- Bản báo cáo thuyết minh đồ án môn học và các bản vẽ kỹ thuật kèm theo.
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành ĐAMH theo đúng thời gian quy định (từ ngày 04/7/2022 đến ngày
22/8/2022)
2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao, trước giảng viên và
những sinh viên khác.
IV. Học liệu thực hiện ĐAMH
1. Tài liệu học tập: Giáo trình Máy điện đặc biệt (Nguyễn Trọng Thắng);
Padmaraja Yedamate, Microchip Technology Inc, AN885, “Brushless DC
(BLDC) Motor Fundamental”.
2. C. Hanselman, ‘Brushless Permanent-Magnet Motor Design’, New York:
McGraw-Hill, 1994
3. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện ĐAMH (nếu có): Máy tính cá nhân, bản
vẽ.
4. International Journal of Research Publications In Engineering And Technology
[IJRPET], ‘DESIGN OF INTERNAL PERMANENT MAGNET
BRUSHLESS DC MOTOR USING ANSYS’, April -2016

5

Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


(BM02)
Đồ án Thiết kế thiết bị điện

6

Khoa Điện

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC
1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 2
TT
1
2
3

Họ và tên
Phạm Xuân Hiệp
Đào Tất Đức
Trần Ngọc Hải

Mã SV
2019605724
2019607234
2019607071

Lớp
2019DHDIEN08 - ĐH K14
2019DHDIEN08 - ĐH K14
2019DHDIEN08 - ĐH K14

3. Tiến độ thực hiện: Tính tốn, thiết kế động cơ một chiều không chổi than
BLDC, rotor bên trong có cơng suất Pđm=250W.

Người thực hiện
Phạm Xn Hiệp
Trần Ngọc Hải

Nội dung công việc

Phương pháp thực hiện

Chương 1: Tổng quan về động cơ Tìm hiểu tài liệu, viết báo
khơng chổi than.
cáo.
Chương 2: Tính tốn, thiết kế

Phạm Xn Hiệp

Phạm Xn Hiệp

Tìm hiểu tài liệu, viết báo
- Thiết kế kích thước cơ bản của
cáo.
động cơ.
Chương 2: Tính tốn, thiết kế

Tìm hiểu tài liệu, thiết kế
- Thiết kế nam châm.
theo yêu cầu đề tài, viết
báo cáo.
- Thiết kế dây quấn, rãnh stator.
Chương 2: Tính tốn, thiết kế

Trần Ngọc Hải
Đào Tất Đức

Đào Tất Đức
Phạm Xuân Hiệp

Người thực hiện
Phạm Xuân Hiệp
Đào Tất Đức

Tìm hiểu tài liệu, thiết kế
theo yêu cầu đề tài, viết
- Kiểm tra mật độ từ thông nam báo cáo.
châm tại điểm làm việc.
Tìm hiểu tài liệu, nhập số
Chương 3: Mơ phỏng tính tốn,
liệu kỹ thuật cho chương
thiết kế.
trình, theo dõi q trình
- Xác định kết quả và so sánh giải
chạy phần mềm và xuất
tích.
dữ liệu kết quả.

- Tính tốn điện trở, điện cảm.

Nội dung cơng việc
Trình bày nội dung báo cáo ĐAMH

Phương pháp thực hiện
Tổng hợp tất cả các nội
dung đã được trao đổi,

6
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Trần Ngọc Hải

7

Khoa Điện
thống nhất trong nhóm và
các kết quả đạt được.
Ngày 04 tháng 7 năm 2022.
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN
TS. Nguyễn Việt Anh

7
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


(BM04)
Đồ án Thiết kế thiết bị điện

8

Khoa Điện

BÁO CÁO HỌC TẬP NHÓM
1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 2
TT
1
2
3

Họ và tên
Phạm Xuân Hiệp
Đào Tất Đức
Trần Ngọc Hải

Mã SV
2019606782
2019607234
2019607071

Lớp
2019DHDIEN08 - ĐH K14

2019DHDIEN08 - ĐH K14
2019DHDIEN08 - ĐH K14

Tên chủ đề: Tính tốn, thiết kế động cơ một chiều khơng chổi than BLDC, rotor
bên trong có cơng suất Pđm=250W.
Người thực hiện
Phạm Xuân Hiệp
Trần Ngọc Hải
Phạm Xuân Hiệp

Phạm Xuân Hiệp

Trần Ngọc Hải
Đào Tất Đức

Đào Tất Đức
Phạm Xuân Hiệp
Đào Tất Đức
Trần Ngọc Hải

Nội dung công việc

Kết quả đạt
được

Chương 1: Tổng quan về động Bản báo cáo
cơ không chổi than BLDC.
đồ án
Chương 2: Tính tốn, thiết kế

Bản báo cáo
đồ án
- Thiết kế kích thước cơ bản DC.
Chương 2: Tính tốn, thiết kế
Bản báo cáo
- Thiết kế nam châm
đồ án
- Thiết kế dây quấn, rãnh stator
Chương 2: Tính tốn, thiết kế
- Tính tốn điện trở, điện cảm.

Bản báo cáo
đồ án
- Kiểm tra mật độ từ thông nam
châm tại điểm làm việc.
Chương 3: Mô phỏng tính tốn,
thiết kế.
Bản báo cáo
đồ án
- Xác định kết quả và so sánh
giải tích.
Trình bày nội dung báo cáo Bản báo cáo
ĐAMH
đồ án

Kiến nghị với
GVHD
Không
Không

Không

Không

Không

Không

Ngày 04 tháng 7 năm 2022
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN
TS. Nguyễn Việt Anh

8
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện

9

Khoa Điện

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................. 9
DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................................................10
LỜI NĨI ĐẦU.........................................................................................................11
CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BLDC..........................................12

1.1.

Khái quát về động cơ không chổi than....................................................12

1.2.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động..............................................................12

1.3.

Cấu trúc động cơ.....................................................................................13

1.3.1.

Stator (Phần tĩnh).............................................................................13

1.3.2.

Rotor trong (phần quay)...................................................................14

1.4.

Đặc tính cơ của động cơ BLDC..............................................................15

CHƯƠNG 2:

TÍNH TỐN THAM SỐ ĐỘNG CƠ...........................................16

2.1 Thuật tốn thiết kế động cơ BLDC................................................................16
2.2. Các thơng số hình học mạch từ và dây quấn.................................................17
CHƯƠNG 3:

MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ BLDC

CÙNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾ QUẢ..........................................................27
3.1.

Ứng dụng mơ phỏng trong thiết kế động cơ điện BLDC........................27

KẾT LUẬN.............................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................36

DANH MỤC HÌNH Ả
9
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

10

Khoa

Hình 1- 1 Sơ đồ khối chức năng..............................................................................12
Hình 1- 2 Cấu tạo một động cơ BLDC điển hình...................................................12

Hình 1- 3: Các dạng thiết kế thường gặp.................................................................13
Hình 1- 4. Cấu tạo của Stator có rãnh và khơng rãnh..............................................13
Hình 1- 5: Các dạng thiết kế cấu trúc stator thường gặp..........................................14
Hình 1- 6: Các dạng thiết kế cấu rotor thường gặp..................................................14
Hình 1- 7: Đồ thị đặc tính cơ................................................................................15Y
Hình 2- 1 Sơ đồ thuật tốn thiết kế động cơ............................................................17
Hình 2- 2: Thiết kế kích thước cơ bản động cơ.......................................................18
Hình 2- 3: Tính tốn nam châm...............................................................................19
Hình 2- 4: Thiết kế dây quấn, rãnh stator................................................................20
Hình 2- 5: Tính tốn điện trở, điện cảm và kiểm tra mật độ từ thông khi có phẩn ứng
phần ứng..................................................................................................................21
Hình 2- 6: Thuật tốn kiểm tra tổn hao động cơ......................................................22
Hình 2- 7: Thuật tốn hiệu chỉnh mật độ từ thơng động cơ.....................................23
Hình 2- 8: Dạng hình học mạch từ..........................................................................25

DANH MỤC B
Y
Bảng 2- 1: Các thơng số cố định..............................................................................17
Bảng 2- 2: Thơng số tính tốn mạch từ....................................................................18
Bảng 2- 3: Thơng số tính tốn vật liệu.....................................................................23
Bảng 2- 4: Một số hệ số đặc tính động cơ...............................................................25
Bảng 3- 1. Kết quả tính tốn tự động trên mơ đul Rm-xprt-Ansys Maxwell...........27

10
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện

Điện

11

Khoa

DANH MỤC KÍ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT
 Các từ viết tắt
Từ viết
tắt
BLDC
EMF
b-EMF
MMF
TRV
PM
PMSM

Ý nghĩa
Brushless Direct current
Electromotive force
Back-Electromotive force
Magnetomotive force
Torque per rotor volume.
Permanent Magnet
Permanent Magnet Synchronous

Motors
IM
Induction motors

PWM Pulse width modulation
FEM Finite Element Method
 Các ký hiệu cơ bản
Ký hiệu
A
B
D, r
E
E, eb
F
f
fLGK
G
g, ge
H
I, i
J
k
L, l
L, M
m
N, W
Nm
P
PC

Động cơ một chiều không chổi than
Sức điện động
Sức phản điện động
Sức từ động

Hằng số thiết kế động cơ
Nam châm vĩnh cửu
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
Động cơ cảm ứng
Điều chế độ rộng xung
Phương pháp phần tử hữu hạn
Ý nghĩa

Diện tích
Mật độ từ thơng
Đường kính, bán kính
Cường độ điện trường.
Sức điện động, sức phản điện động
Sức từ động, lực.
Tần số, lực
Hệ số từ tản
Trọng lượng, điện dẫn
Độ dài khe hở khơng khí
Cường độ từ trường
Dịng điện
Mật độ dịng điện
Hệ số
Độ dài mạch từ
Độ tự cảm, hỗ cảm
Khối lượng
Số vòng dây
Số cực nam châm
Công suất
Hệ số độ dốc của đặc tính tải làm việc

11
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện
Ph, Pe
R
n
T
V
w
W, Wco
αm
Γbi
η
θm, θe
λ
μ
ρ
σ
τ, τp
Φ
φ, A
ω
γ
ε

12

Khoa

Tổn thất từ trễ, dịng xốy
Từ trở, điện trở
Tốc độ quay
Mô men, mô men định mức, mô men phụ
Thể tích
Độ dài thơng số rãnh
Năng lượng, đối năng lượng
Tỉ số độ dài nam châm trên cực
Hàm tổn thất của vật liệu
Hiệu suất
Vị trí góc
Tỉ số bước cực và độ dài mạch từ, từ thơng móc vịng
Độ từ thẩm vật liệu
Điện trở suất
Độ thấm sâu, ứng xuất
Bước cực, bước rãnh
Từ thông
Điện thế, từ thế
Vận tốc góc
Điện dẫn suất
Độ điện thẩm

LỜI NĨI ĐẦU
Khi nhận và thực hiện đồ án này, nhóm sinh viên mong muốn có một phần
đóng góp nhỏ vào việc tổng hợp lý thuyết và đưa ra các công thức sử dụng tính tốn
thiết kế động cơ BLDC. Một điều cần thiết để những đồ án cùng cấp tiếp sau bứt

phá ra khỏi lối mòn “truyền thống” khi nghiên cứu những dạng động cơ “truyền
thống” mà thế giới bắt đầu ít sử dụng. Nội dung bản tổng hợp với ba phần cơ bản:
nghiên cứu lý thuyết; xây dựng các công thức tính cơ bản; mơ phỏng kiểm nghiệm
trên cơng cụ số; đưa ra kết luận và định hướng phát triển.

12
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

13

Khoa

Tuy nhiên với tầm hiểu biết còn hạn chế, nội dụng đề tài trải rộng, thời gian
thực hiện gấp rút. Cho nên đồ án này khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy
nhóm sinh viên thực hiện đồ án luôn cần nhiều ý kiến đóng góp hồn thiện từ mọi ý
kiến phản biện để những nghiên cứu tiếp theo có thể hồn thiện hơn.
Trong một khoảng thời gian ngắn chắc rằng bài làm của nhóm sẽ khơng
tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy
Nguyễn Việt Anh để đồ án của chúng em hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn

13
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

14

Khoa

CHƯƠNG 1:
TỔNG
QUAN
VỀ
ĐỘNG
CƠ
BLDC
1.1. Khái quát về động cơ không chổi than
Động cơ không chổi than - Brushless Direct Current (BLDC) là loại động cơ
được hoạt động dựa vào từ trường vĩnh cữu và cảm biến xác định vị trí, khơng sử
dụng chổi than (bàn chải) giúp loại bỏ những nhược điểm của động cơ một chiều
trong khi vẫn giữ được đặc tính mơmen/ tốc độ tuyến tính và những ưu điểm trong
điều khiển của động cơ một chiều.
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 1- 1 Sơ đồ khối chức năng
Động cơ không tiếp xúc một chiều có cấu tạo từ ba thành phần chính sau:
1. Động cơ khơng tiếp xúc với cuộn ứng m- pha trên stato và rotor kích thích
bằng nam châm vĩnh cứu.
2. Cảm biến vị trí rotor, đặt cùng vỏ máy với động cơ, thực hiện chức năng tạo

ra tín hiệu điều khiển nhằm xác định thời điểm và thứ tự đổi chiều.
3. Bộ đổi chiều không tiếp xúc, thực hiện đổi chiều dòng điện trong cuộn ứng
trên stator theo tín hiệu điều khiển của cảm biến vị trí rotor

14
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

15

Khoa

Hình 1- 2 Cấu tạo một động cơ BLDC điển hình
Về các đặc tính, khả năng sử dụng, tính kinh tế. Đặc điểm của loại máy điện
này là làm việc tin cậy, không tạo tia lửa điện, khơng gây nhiễu và có tuổi thọ cao
hơn so với các loại động cơ một chiều thông thường.
1.3. Cấu trúc động cơ
Cấu trúc động cơ quay được thiết kế dưới dạng trụ. Phần lớn thiết kế 4 dạng:
Rotor ở phía trong stator (hình 1.3a), Rotor ở phía ngồi stator (hình 1.3b), Động cơ
dạng địa, từ trường ngang theo trục ngang 1.3c, d.

Hình 1- 3: Các dạng thiết kế thường gặp
1.3.1.

Stator

Stator bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn.

Hình 1- 4. Cấu tạo của Stator có rãnh và khơng rãnh

15
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

16

Khoa

Với stator có rãnh như hình 1.5 a, độ dài khe hở khơng khí nhỏ nên có độ từ
thẩm cao dẫn đến mật độ từ trường của khe hở khơng khí cao hơn. Nhờ dây quấn
được đặt trong rãnh với hệ số dẫn nhiệt của vật liệu sắt từ cao nên khả năng tỏa
nhiệt tốt hơn. Nhưng nó có nhược điểm là gây ra mơ men đập mạch lớn và khó
khăn trong q trình quấn dây do yêu cầu thiết kế độ rộng miệng rãnh.
Với stator khơng có rãnh như hình 1.5 b, các vịng dây được quấn trên gơng
stator. Với cách quấn dây này khơng có mơ men đập mạch và dây quấn được phân
bố đều trên khắp stator. Tuy nhiên chính vì điều này mà khe hở khơng khí lớn và từ
trở của khe hở khơng khí tăng lên. Vì vậy khó tản nhiệt trong dây quấn cũng như
mạch từ, mật độ dòng điện trong dây quấn giảm xuống và hiệu hiệu suất của động
cơ loại này luôn thấp hơn loại stator có rãnh.
Với stator có rãnh kín như hình 1.5 c, khắc phục những nhược điểm của stator

không rãnh. Tuy nhiên do ảnh hưởng của miệng rãnh kín gây ra ngắn mạch mạch từ
của những cuộn dây, giảm từ trường liên kết giữa stator và rotor ảnh hưởng đến giá
trị của b-EMF. Vì vậy nhằm tránh những ảnh hưởng này thì cầu nối kín miệng rãnh
phải được thiết kế tính tốn với mức nhỏ nhất có thể sản xuất được. Răng và gông
từ được chế tạo tách rời, cho nên khi lắp ráp phải đảm bảo tính đồng tâm và giảm
thiểu khe hở khơng khí giữa răng và gơng từ.

Hình 1- 5: Các dạng thiết kế cấu trúc stator thường gặp

16
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện
1.3.2.

17

Khoa

Rotor trong

Hình 1- 6: Các dạng thiết kế cấu rotor thường gặp
Kiểu đặt nam châm như hình 1.6 a-d gọi là kiểu nam châm gắn bề mặt. Nam
châm hình dạng cung trịn hướng tâm ở hình 3.9a là kiểu cổ điển được chế tạo.
Tương tự, kiểu gắn nam châm hình 1.6 b,c nhưng các cạnh bên của nam châm song
song với nhau. Các nam châm hình 1.6 a,b,c được chế tạo từ các miếng nam châm

ban đầu hình khối và được từ hóa trước khi lắp vào rotor, khác với hình 1.6d được
chế tạo để bao quanh mạch từ rotor và được từ hóa khi đã lắp vào mạch từ. Phân bố
nam châm hình cánh quạt như hình 1.6 e, có diện tích mặt nam châm lớn hơn so với
kiểu phân bố trên bề mặt cho nên sử dụng được những loại nam châm có tính từ
thấp như ferrite với dạng khối. Nhúng nam châm vào trong rotor như hình 1.6 f đảm
bảo máy hoạt động ổn định khi với tốc độ cao, tuy nhiên sẽ làm tăng từ trở khi từ
thông từ nam châm qua khe hở khơng khí, tạo ra sự nhấp nhơ mơ men lớn hơn.
1.4. Đặc tính cơ của động cơ BLDC
Đặc tính cơ của động cơ BLDC giống đặc tính cơ của động cơ điện một
chiều thơng thường như hình 1.7. Tức là mối quan hệ giữa mơ men và tốc độ là các
đường tuyến tính nên rất thuận tiện trong quá trình điều khiển động cơ để truyền
động cho các cơ cấu khác. Vì vậy vùng điều chỉnh của động cơ có thể được mở
rộng hơn.

17
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

18

Khoa

Hình 1- 7: Đồ thị đặc tính cơ
Các thơng số u cầu thiết kế động
cơ

Thiết kế kích thước cơ bản động
cơ

Thiết kế nam châm

Thiết kế dây quấn, rãnh stator

CHƯƠNG 2:
Tính tốn điện trở, điện cảm
Kiểm tra mật độ từ thông nam châm tại điểm làm
việc

TÍNH
TỐN
THAM
SỐ
ĐỘNG
CƠ

Khơng đạt

2.1. Khơng
Thuậtđạt
tốn thiết kế động cơ BLDC

Thuật tốn kiểm tra
(η, Eph, cosφ)

18

Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh
Đạt

Mơ phỏng phần mềm Ansys Maxwell


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

19

Khoa

Hình 2- 1 Sơ đồ thuật tốn thiết kế động cơ

2.2. Các thơng số hình học mạch từ và dây quấn
Bảng 2- 1: Các thông số cố định
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Thông số
Công suất định mức
Tốc độ định mức
Nguồn DC lớn nhất
Cấp cách điện
Hiệu suất giả thiết
Mật độ dòng điện lớn nhất
Chế độ làm việc
Số pha
Số cực nam châm

Ký hiệu
Pn
Sr
Umax
F
ηn
Jmax
S
Nph
Nm

Đơn vị
W
rpm
V
0
C
%
A/mm2

[S1-S10]

Giá trị
250
2250
24
155
90
5
S1
3
8

19
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện
10
11
12

20

Khoa

Số rãnh của một pha

Nsp
Độ dài khe hở khơng khí
g
Tổn thất lõi thép từ trường và tần số
p10(B, f)
Hệ số ép chặt, khối lượng riêng mạch
kst
từ
Điện trở suất dây quấn 200C
ρCu20
Nhiệt độ môi trường làm việc
T0
Nhiệt độ làm việc giả thiết
Tl
Hệ số sử dụng tiết diện rãnh
kcp
Độ rộng miệng rãnh
ws
Kiểu quấn dây
Kiểu bố trí nam châm
Kiểu rãnh stator
Dạng điều khiển

13
14
15
16
17
18
19

20
21
22

2.2.1.

Rãnh/ pha
mm
W/Kg
[0.91-0.97]

4
0,3
0,8
0,93

Ω.m
0
C
0
C
<0.50
mm

1,72*10-8
40
60
0,42
3,5
Xếp, bước ngắn

Bề mặt, cực ẩn
Hình quả lê
Phát xung 1200

Thiết kế tính tốn thơng số mạch từ
Bảng 2- 2: Thơng số tính tốn mạch từ

TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Thơng số
Vận tốc góc cơ
Vận tốc góc điện
Sức điện động lớn nhất
Mơ men định mức
Tần số cơ
Tần số điện
Góc hình học/cực
Hệ số điện cơ
Hệ số thể tích lựa chọn

Ký

Đơn vị
hiệu
ωm
Rad/s
ωe
Rad/s
Emax
V
Tn
N.m
fm
Hz
Fe
Hz
θp
rad
TRV kNm/m3
λ

10 Đường kính trong stator

Dis

mm

11
12
13
14
15

16
17

τ
l
kc
g’e
Dro1
Ns
Nspp

mm
mm

Độ dài bước cực
Chiều dài mạch từ
Hệ số carter lựa chọn
Độ dài từ nam châm- stator
Đường kính ngồi rotor
Số rãnh stator
Số rãnh stator/pha/ cực

mm
mm
rãnh
int

Cơng thức tính

Kết quả

ωm=Sr*
ωe= ωm* Nm/2
Emax= Umax*0.615
Tn =Pn/ ωm
fm = ωm/2π
Fe = ωe/2π
θp =2π/ Nm
Tra bảng
[0.6-3.0]
T
Dis  3
 * TRV * l
τ = π Dis/ Nm
l= λ* τ
Lựa chọn từ hình 2.11
g’e = kc*g
Dro1= Dis-2g
Ns = Nsp* Nph
Nspp = int(Nsp/Nm)

287,98
1151,92
14,75
0,87
45,83
183,33
0,79
15
2,5

35,65
14
35
1,1
0,33
35,05
12
1

20
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

31
32

Tỉ số cuộn dây/ cực
Độ dài bước rãnh
Góc hình học bước rãnh
Số rãnh/ cực
Góc điện bước rãnh
Hệ số PC lựa chọn
Hệ số từ thẩm tương đối.
Lựa chọn hệ số từ tản
Độ dày nam châm tính tốn
Độ dày nam châm lựa chọn
Chọn hệ số phủ nam châm
Độ phủ dài nam châm tính
tốn
Độ phủ dài nam châm lựa
chọn
Hệ số phủ nam châm tính tốn
Góc phủ hình học nam châm
tính tốn
Góc phủ điện nam châm

21

Khoa

αcp
τp
θs

Nsm
θse
PC
μrec
fLKG
lm
lm1
km

int
mm
rad
rãnh
rad

lPM

mm

lPM1

mm

mm
mm

km1

αcp =int(Nspp)/ Nspp
τp = τ/ Nsp

θs= 2π/ Ns
Nsm= Nspp* Nph
θse = π/ Nsm
Dải giá trị [1-1,1]
Dải giá trị [0,75-0,95]
lm =PC* fLKG*g’

lPM = km* τ

2
3,5
0,52
1,5
2,09
8
1,1
0,8
2,09
2,1
0,65
9,10
9,2

km1= lPM1/ τ

0,66

αPMm

rad

αPMm = km1* θp

0,52

αPMe

rad

αPMe = αPMm*Nm/2

2,08

34 Độ dài từ stator -rotor

g”e

mm

g”e = g’e+ lPM1/ μrec

2,25

35 Hệ số từ tản tính tốn

fLKG

fLKG =2* km1/(1+ km1)

0,8

36 Hệ số PC tính tốn

Pc1

Pc = lPM1/( fLKG* g’e)

7,99

33

37 Hệ số carter tính tốn
38 Sức từ động nam châm
39 Lực kháng từ thực tế
40 Đường kính gơng rotor

kc  [1-

kc
FPM
Fcj
Dro2

A.m
A.m
mm

41 Từ trường khe hở khơng khí

Bg

T

42
43
44
45
46
47
48

Fg
kf
Φg
y
θc
τc
a

A.m

Lực từ động khe hở
Hệ số bão hịa răng stator
Từ thơng khe hở khơng khí
Bước quấn dây
Góc hình học quấn dây
Độ dài bước quấn dây
Số mạch nhánh song song

Wb

rãnh
rad
mm
int

1
]1
s
g"
*(5
 1)
ws
ws

FPM =Hl* lm1
Fcj =Hcj* lm1
Dro2= Dro1-2* lm1
Bg 

f LKG
 *k
1  rec c
f LKG * Pc

Fg = Bg*g/μ0
[1.05-1.1]
Φg = Bg*π Dro1*l
θc = 2π*y/ Ns
τc= y* τ+10

1,15
252
1858,5
30,85
0,67
211,98
1,05
2,58*10-3
1
0,52
24,00
1

21
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

22

Khoa

*p
)
Ns
kd 

*p
N spp *sin(
)
Ns
sin(N spp *

49 Hệ số phân dây quấn rải

kd

50 Hệ số bước dây quấn

kq

51 Hệ số quấn dây
52 Số lớp dây quấn
53 Tổng số cuộn dây

kw1
ncl
nc

int
Bối

54 Số vòng dây của một pha

Wph

Vòng

55
56
57
58

Ns
Ns1
Wph1
ns

Vòng
Vòng
Vòng
Thanh

59 Dòng điện trong thanh dẫn

Ic

A

60 Sức phản điện động

Eb

V

1
Eb  Wph * m * N m * Dsi * l * Bg * kw1

2

10,6

At

mm2

At = Ic/ Jmax

3,77

dc

mm

dc 

dc1

mm

64 Tiết diện thanh dẫn lựa chọn

Acs

mm2

65 Tổng tiết diện thanh dẫn/rãnh

Ac

mm2

Ac = Acs* Ws

14,28

66 Tiết diện hữu ích rãnh

ACu

mm2

Acu = kcp* Ac

6,0

Số vịng dây/ cuộn tính tốn
Số vịng dây/ cuộn lựa chọn
Số vòng dây lựa chọn/ pha
Số thanh dẫn trong một rãnh

Tiết diện tính tốn của thanh
dẫn
Đường kính thanh dẫn tính
62
tốn
Đường kính thanh dẫn lựa
63

chọn
61

k q  sin(

wbi

mm

68
69
70
71
72

wbi1
d1
rs
L
wtb1

mm
mm
mm
mm
mm

wsb1

mm

73 Độ rộng đáy nhỏ

0,87

kw1= kq* kd

67 Độ cao gơng stator tính tốn
Độ cao gơng stator lựa chọn
Chiều cao cổ rãnh lựa chọn
Bán kính vát cạnh đáy lớn
Độ rộng răng tính tốn
Độ rộng răng lựa chọn

y

* )
N sm 2

nc = ncl* Ns/2
U max
Wph 
4*k w1*k f * f m *  g
Ns = Wph/ Nsp

0,84
2
12
55,55
13,89

14
56
28

Wph1= Ns1* Nsp
ns =Ns1* ncl
Ic 

0,966

Pn
E max * n

10,12

4A t


2,2
2,2

A cs  

w bi 

(d c  2* 0.04) 2
4

g
2* BFe max * k st * l *

wts =2* wbi1/ αcp

w sb1   *

Nm
2

4,08

5,5
6
2
1
5,65
5,6

2*w s  2* d1  Dsi
 w tb16,65
Ns
22

Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện
74 Độ cao đáy nhỏ

23

Khoa

d2

mm

wsb2

mm

bs2  4* ACu * tan(

76 Độ cao của răng stator

d3

mm

d3 

77 Đường kính ngồi stator

Dso

mm

78 Lực từ động răng stator

Fst

A.m

79 Lực từ động gông stator

Fsy

A.m

75 Độ rộng đáy lớn chưa vát góc.

Lựa chọn

0,5


)  w sb12  2* rs
Ns

2* ACu
 ( rs  d3 )
w sb1  w sb 2

Dso  Dsi  2*(w bi  d1  d3 )

Fst = Hl* d3
w
Dso  bi

2 *
Fsy  H l *
s
2
w br 

g

8,0
6,5

63,65
11,51
28,03

80 Độ cao gơng rotor

Wbr

mm

81 Đường kính trục lớn nhất
82 Đường kính trục lựa chọn
83 Độ cao gơng rotor tính tốn

Dri
Dri1
Wbr1

mm

mm
mm

84 Lực từ động gơng rotor

Fsr

A.m

Fsr 

85 Tổng sức từ động tính tốn

F∑

A.m

F∑= Fsr+ Fsy + Fst + Fg +
FPM

497,5

2* l  Bl *

Nm
2

Dri = Dro2 -2* wbr
D ro2  D ri
* s * H l

2

7,5
16,05
15
10
6,903

Độ dài thanh dẫn trong mạch
từ
87 Độ dài đầu bối dây

lc

mm

lc=l

35

lce

mm

lce=τc

24

88 Điện trở suất ở Tl

ρTl

Ω.m

Tl  Cu20 (1 

mΩ

R Cu 

86

Điện trở dây quấn một chiều
RCu1
một pha
Hệ số từ thẩm tuyệt đối dây
90
μCu
quấn phần ứng
Độ dịch chuyển của điểm làm |
91
việc nam châm
Bmax|
89

92 Độ thấm sâu bề mặt

σCu

1

t )
273

 Tl *l Cu
d c1

μCu<1
T
mm

Bmax 

0 N s1
Ic
ws

 Cu 

Tl
f e * Cu

σCu>dc1

93 Ảnh hưởng hiệu ứng bề mặt

1,97*10-8
70,03

1,257*1
0-6

0,02
3,14
Không xét

W * rec * 0 *c *(Dso  Dsi )kw1
1,94*10-4
8(lm  2rec * kc1 * g )
2
s

94 Độ tự cảm khe hở khơng khí

Lg

H

Lg 

95 Độ tự cảm trong rãnh

Ls

H

L s  Ws2 * 0 *

Dso  Dsi
h
2h w h os
*[ s +

+ ]
2
3*bs2 bs2  w s w s

1,21*10-4

23
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

24

96 Độ tự cảm đầu bối dây

Le

Khoa

Ll 

97 Độ tự cảm tản một pha

Ll

H

98 Độ tự cảm đồng bộ một pha

Ls

H

99 Tần số đập mạch từ
100 Biên độ men đập mạch từ

fcog

Hz
N.m

Tcogmax

Ws2 * 0 * c
 2 c
*ln(
)
8
4 Au

Le 

H

Ls 

 W
*
4

2
ph1

* 0 * Dri * l

N 2m
g"
2
2
3 m *W ph1 * 0 * Dri * l
8

*

N 2m
* fe * g "
2

fcog = *Nm
Tcogmax =|Bmax|*l* lPM1

5,13*10-6
0,13*10-3
0,08*10-3
48
0,06

Hình 2- 8: Dạng hình học mạch từ

2.2.2.

Thiết kế tính tốn vật liệu và một số hệ số đặc tính động cơ
Bảng 2- 3: Thơng số tính tốn vật liệu

TT

Thơng số

Ký hiệu

Đơn
vị

Cơng thức tính

Kết quả

1

Khối lượng thép kỹ
thuật stator

MFes

g


M Fes   Fe * l *[ ( D 2 so  D 2 si )  N s *ACu ]
4

583,25

2

Khối lượng nam châm

MMg

g

M Mg 

 PM 2
(D ro1  D2 ro2 )* l * Mg * N m
8

36,15

MFer

g

lCu

m

MCu

g

Miron

g

Tính tốn trên bản vẽ cad

126,01

MFe

g

MFe=MFes+MFer

734,73

Mrotor
M

g
g

Mrotor= Miron + MFer + MMg
M= MFe + MCu + Miron

312,63

1448,4

3
4
5
6
7
8
9

Khối lượng thép kỹ
thuật gông rotor
Độ dài dây quấn
stator
Khối lượng dây quấn
stator
Khối lượng trục
Khối lượng thép kỹ
thuật điện
Khối lượng rotor
Khối lượng mạch từ

M Fer   Fe * l *

 2
(D ro2  D 2 r1 )
4

lCu  2*(lc  lce ) * Wph1 * N ph
M Cu  Cu * lCu *

 d 2c1
4

151,48
19,82
587,67

24
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh


Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

25

Khoa

11

Tổn thất cơ khí

Pmv

W

Pmv  0.008* Pn

2,26

12

Tổn thất cản nhớt
Hệ số cản nhớt môi
trường
Mô men quán tính
gây ra tổn thất cơ khí
Giá trị quy đổi mơ
men tổn thất cơ khí
đồng bộ
Giá trị quy đổi mơ
men cản nhớt đồng
bộ
Hệ số phục hồi tính
chất sau gia công.

Pst

W

Pst  0.01* Pn

2,82

Jst

g.cm2

Tmv

N.m

Tmv 

Pmv
m

7,85*10-3

Tst

N.m

Tst 

Pst
m

9,79*10-3

18

Tổn thất do mạch từ

PFe

W

19
20

Tổn thất dây quấn
Tổng giá trị tổn thất
Cơng suất tính tốn
đầu ra
Hiệu suất phần động
cơ
Dịng điện khơng tải
Giá trị nhấp nhơ mô
men

PCu
PLoss

13
14
15
16
17

21
22
23

Pmv
 2m
2P

J st  2st
 m

kmv 

kst

kp

2,73*10-5
806,21

[1.5-2.5]

1,6

W
W

f e 1.3 1.7
) Bts M Fes
50
PCu=2I2c*RCu
PLoss= Pcs+ PFe + PCu+ Pmv+Pst

9,1
33,68

Pn

W

Pn =Eb* Ic*

282,27

η

%

100*Pn/( Pn + PLoss)

89,34

I0

A

I0= PFe/ Emax

0,64

ΔT

%

PFe  k p p10 (

T 

9,5

Tcog

8

Tn

Bảng 2- 4: Một số hệ số đặc tính động cơ
TT

Thông số

Ký
hiệu

1

Hằng số động cơ

kM

2

Hằng số điện

kE

3

Hằng số mô men

kT

4

Quán tính rotor

5

Độ dày cách điện rãnh

Đơn vị

Cơng thức tính
kM 

Tn
PCu

Emax 2
m
T
kT  n
Ic

kE 

Jr

g.cm

Δins

mm

2

Kết quả
0,29
0,07
0,06

M rotor D 2 ro1
Jr 
8

480,08

Không cách điện

0,04

25
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh