永磁同步電機以及直流無刷電機的電磁設(shè)計課件

永磁同步電機以及直流無刷電機的電磁設(shè)計1二、永磁電機的磁路結(jié)構(gòu)形式簡介一、永磁電機主要設(shè)計參數(shù)之間的關(guān)系式四、電磁設(shè)計與控制的緊密結(jié)合主要內(nèi)容三、永磁同步電機與直流無刷電機的區(qū)別2一、永磁電機主要設(shè)計參數(shù)之間的關(guān)系式其中為電樞直徑；為等效鐵心長度；為電機的額定點轉(zhuǎn)速；為電機的計算功率；為電機計算極弧系數(shù)；為電機氣隙磁場的波形系數(shù)；為電機的繞組系數(shù)；為電機的線負(fù)荷；為電機的氣隙磁密最大值；（2）相同的電磁負(fù)荷，相同轉(zhuǎn)速，電機體積越大可實現(xiàn)的功率也越大；（3）相同的電磁負(fù)荷下，出相同功率，轉(zhuǎn)速越高則電機的體積越小；（4）一定功率和轉(zhuǎn)速下，電磁負(fù)荷決定電機的主要尺寸；（1）電機的主要尺寸由其計算功率和轉(zhuǎn)速n之比決定；反映電機的電負(fù)荷反映電機的磁負(fù)荷3電機主要尺寸比電機主要尺寸比定義如下：為電機的極距；在選定電機的電磁負(fù)荷后，可基本確定電機的

。

λ的大小與電機運行性能、經(jīng)濟(jì)性、工藝性等均有密切關(guān)系，或有一定影響。一、尺寸比越大，電機越細(xì)長；端部短，因而端部用銅相應(yīng)減少；經(jīng)濟(jì)性二、體積未變，鐵重基本不變，同一磁密下基本鐵耗也不變，再考慮電流密度一定時，端部用銅相對減少，總體損耗下降，效率提高；電磁性能三、電機細(xì)長，則相對的鐵心與機座之間的接觸面積增大，對散熱有利。(對用氣體作為冷卻介質(zhì)時，風(fēng)路加長，冷卻條件變差）；熱性能四、電機細(xì)長，線圈數(shù)目常較粗短的電機為少，因而使線圈制造工時和絕緣材料消耗減少；但機座加工費時，下線難度較大，下線工時增多；此外，沖片數(shù)目增大，沖片沖剪和鐵心疊壓費時，沖模磨損加劇；工藝性來分析一下，在電機體積未變的情況下，主要尺寸比較大的影響：5外轉(zhuǎn)子輪轂電機二、永磁電機的磁路結(jié)構(gòu)形式簡介就目前公司所生產(chǎn)的電機來說，可分為大致兩種：

一、內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；二、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；三、混合磁路結(jié)構(gòu)（天津電機）；徑向磁場結(jié)構(gòu)；軸向磁場結(jié)構(gòu)（盤式電機）；ISG電機（內(nèi)轉(zhuǎn)子）軸向磁場的混合勵磁電機磁鋼表貼式（SPM）磁鋼內(nèi)嵌式（IPM一字形）6內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的多種磁路結(jié)構(gòu)形式切向式IPM混合式IPM徑向式IPMToyota-Prius的分段斜極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)連續(xù)斜極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多層徑向式IPM結(jié)構(gòu)Honda-Accord的IPM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)7自行車電機三、永磁同步電機與直流無刷電機的區(qū)別工業(yè)電機汽車電機9一、傳感器的不同：

直流無刷電機(BLDC)：位置傳感器，如霍爾等；

永磁同步電機(PMSM)：速度和位置傳感器，如旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等；三、三相電流波形不同：

BLDC：近似方波或梯形波（理想狀態(tài)）；

PMSM：正弦波（理想狀態(tài)）；二、反電勢波形不同：

BLDC：近似梯形波（理想狀態(tài)）；

PMSM：正弦波（理想狀態(tài)）；四、控制系統(tǒng)的區(qū)別：

BLDC：通常包括位置控制器、速度控制器和電流（轉(zhuǎn)矩）控制器；PMSM：不同控制策略的會有不同的控制系統(tǒng)；五、設(shè)計的原理與方法上的區(qū)別：

BLDC：盡量拓寬反電勢波形的寬度（使之近似為梯行波）；PMSM：使反電勢接近與正弦波；

體現(xiàn)在設(shè)計上主要是定子繞組、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（如極弧系數(shù)）上的區(qū)別。10四、電磁設(shè)計與控制策略的緊密結(jié)合不同的控制策略，可能導(dǎo)致不同的電磁設(shè)計結(jié)果；而同一種電磁設(shè)計，采取不同的控制策略，則會有不同的效果。因此，對應(yīng)不同的設(shè)計指標(biāo)，電磁設(shè)計必須和控制策略匹配，才能總體上產(chǎn)生一個最佳的效果。矢量控制方法一、Id=0控制二、最大轉(zhuǎn)矩/電流控制三、弱磁控制四、最大輸出功率控制永磁電機的dq軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系114.2最大轉(zhuǎn)矩/電流控制SPM電機的定子電流矢量軌跡表貼式永磁電機：Ld=Lq可推出結(jié)論：Id=0最大轉(zhuǎn)矩/電流控制也稱單位電流輸出最大轉(zhuǎn)矩的控制，是凸極式永磁同步電動機用的較多的一種電流控制策略。對于隱極式永磁同步電機（大多數(shù)表貼式永磁電機）來說，最大轉(zhuǎn)矩/電流控制就是id＝0控制。電流矢量應(yīng)滿足的兩條件SPM電機134.2最大轉(zhuǎn)矩/電流控制IPM電機的定子電流矢量軌跡最大轉(zhuǎn)矩/電流控制也稱單位電流輸出最大轉(zhuǎn)矩的控制，是凸極式永磁同步電動機用的較多的一種電流控制策略。對于隱極式永磁同步電機（大多數(shù)表貼式永磁電機）來說，最大轉(zhuǎn)矩/電流控制就是id＝0控制。電流矢量應(yīng)滿足的兩條件其中ρ為電機的凸極率，ρ=Lq/LdIPM電機144.3弱磁控制弱磁控制的思想來自于他勵直流電動機的調(diào)磁控制（通過降低他勵直流電動機的勵磁電流大小，可拓寬其轉(zhuǎn)速范圍）。

而對于永磁同步電機來說，勵磁磁場是永磁體產(chǎn)生，無法進(jìn)行調(diào)節(jié)，只有通過調(diào)節(jié)定子電流，即增加定子直軸去磁電流分量來維持高速運行時電壓的平衡，達(dá)到弱磁擴(kuò)速的目的。不難發(fā)現(xiàn)，在同一電流極限圓上的A點和C點，轉(zhuǎn)矩也一致，但轉(zhuǎn)速卻是C點更高。還有，如果按照最大轉(zhuǎn)矩/電流控制，在轉(zhuǎn)速為