永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计解决方案.ppt

* 上 海 安 乃 达 驱 动 技 术 有 限 公 司 Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd. * * 永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计 * 二、永磁电机的磁路结构形式简介 一、永磁电机主要设计参数之间的关系式 四、电磁设计与控制的紧密结合 主要内容 三、永磁同步电机与直流无刷电机的区别 * 一、永磁电机主要设计参数之间的关系式 其中 为电枢直径； 为等效铁心长度； 为电机的额定点转速； 为电机的计算功率； 为电机计算极弧系数； 为电机气隙磁场的波形系数； 为电机的绕组系数； 为电机的线负荷； 为电机的气隙磁密最大值； （2）相同的电磁负荷，相同转速，电机体积越大可实现的功率也越大； （3）相同的电磁负荷下，出相同功率，转速越高则电机的体积越小； （4）一定功率和转速下，电磁负荷决定电机的主要尺寸； （1）电机的主要尺寸由其计算功率和转速n之比决定； 反映电机的电负荷 反映电机的磁负荷 * 极弧系数的概念解释 磁钢表贴式转子 磁钢内嵌式转子 * 电机主要尺寸比 电机主要尺寸比定义如下： 为电机的极距； 在选定电机的电磁负荷后，可基本确定电机的 。 λ的大小与电机运行性能、经济性、工艺性等均有密切关系，或有一定影响。 一、尺寸比越大，电机越细长；端部短，因而端部用铜相应减少； 经济性 二、体积未变，铁重基本不变，同一磁密下基本铁耗也不变，再考虑电流密度一定时，端部用铜相对减少，总体损耗下降，效率提高； 电磁性能 三、电机细长，则相对的铁心与机座之间的接触面积增大，对散热有利。(对用气体作为冷却介质时，风路加长，冷却条件变差）； 热性能 四、电机细长，线圈数目常较粗短的电机为少，因而使线圈制造工时和绝缘材料消耗减少；但机座加工费时，下线难度较大，下线工时增多；此外，冲片数目增大，冲片冲剪和铁心叠压费时，冲模磨损加剧； 工艺性 来分析一下，在电机体积未变的情况下，主要尺寸比较大的影响： 外转子轮毂电机 * 二、永磁电机的磁路结构形式简介 就目前公司所生产的电机来说，可分为大致两种： 一、内转子结构； 二、外转子结构； 三、混合磁路结构（天津电机）； 径向磁场结构； 轴向磁场结构（盘式电机）； ISG电机（内转子） 轴向磁场的混合励磁电机 磁钢表贴式（SPM） 磁钢内嵌式（IPM一字形） * 内转子电机的多种磁路结构形式 切向式IPM 混合式IPM 径向式IPM Toyota-Prius的分段斜极转子结构 连续斜极转子结构 多层径向式IPM结构 Honda-Accord的IPM转子结构 * 电机的交直(DQ)轴磁路 径向式IPM 切向式IPM * 自行车电机 三、永磁同步电机与直流无刷电机的区别 工业电机 汽车电机 * 一、传感器的不同： 直流无刷电机(BLDC)：位置传感器，如霍尔等； 永磁同步电机(PMSM)：速度和位置传感器，如旋转变压器、光电编码器等； 三、三相电流波形不同： BLDC ：近似方波或梯形波（理想状态）； PMSM ：正弦波（理想状态）； 二、反电势波形不同： BLDC ：近似梯形波（理想状态）； PMSM ：正弦波（理想状态）； 四、控制系统的区别： BLDC：通常包括位置控制器、速度控制器和电流（转矩）控制器； PMSM：不同控制策略的会有不同的控制系统； 五、设计的原理与方法上的区别： BLDC：尽量拓宽反电势波形的宽度（使之近似为梯行波）； PMSM：使反电势接近与正弦波； 体现在设计上主要是定子绕组、转子结构（如极弧系数）上的区别。 * 四、电磁设计与控制策略的紧密结合 不同的控制策略，可能导致不同的电磁设计结果；而同一种电磁设计，采取不同的控制策略，则会有不同的效果。 因此，对应不同的设计指标，电磁设计必须和控制策略匹配，才能总体上产生一个最佳的效果。 矢量控制方法 一、Id=0控制 二、最大转矩/电流控制 三、弱磁控制 四、最大输出功率控制 永磁电机的dq轴旋转坐标系 * 4.1 Id=0控制（磁场定向控制） 控制是矢量控制中的一个特殊的控制方法，从电动机端口看，相当于一台他励直流电动机，定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与永磁体磁场空间矢量正交，即β =90 °，电机转矩中只有永磁转矩分量。 例如：工缝机电机、以及所有表贴式永磁同步电机。 磁场定向控制时的相量图 为什么表贴式永磁电机都适合用这种控制方式？ 表贴式永磁电机的交直轴电感相等， 不可能有磁阻转矩存在。 适用于恒速运行，以及调速范围要