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1、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 2）相同的电磁负荷，）相同的电磁负荷，相同转速，电机体积越大相同转速，电机体积
2、越大可实现的功率也越大；可实现的功率也越大；（3 3）相同的电磁负荷下，）相同的电磁负荷下，出相同功率，转速越高则出相同功率，转速越高则电机的体积越小；电机的体积越小；（4 4）一定功率和转速下，）一定功率和转速下，电磁负荷决定电机的主要电磁负荷决定电机的主要尺寸；尺寸；（1 1）电机的主要尺寸由）电机的主要尺寸由其计算功率和转速其计算功率和转速n之比之比决定；决定；反映电机反映电机的电负荷的电负荷反映电机反映电机的磁负荷的磁负荷极弧系数的概念解释磁磁钢钢表表贴贴式式转转子子磁磁钢钢内内嵌嵌式式转转子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
3、的 。 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
4、变的情况下，主要尺寸比较大的影响：外转子轮毂电机外转子轮毂电机二、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）电机（内转子）轴向磁场的混合励磁电机轴向磁场的混合励磁电机磁钢表贴式（磁钢表贴式（SPM）磁钢内嵌式（磁钢内嵌式（IPM一字形）一字形）内转子电机的多种磁路结构形式切向式切向式IPM混合式混合式IPM径向式径向式IPMToyota-Prius的分段斜极转子结构的分段斜极转子结构连续斜极转子结构连续斜极转子结构多层径向式多层径向式IPM结构
5、结构Honda-Accord的的IPM转子结构转子结构电机的交直(DQ)轴磁路径向式径向式IPM切向式切向式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； PM
6、SM：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。一个最佳的效果。矢矢量量控控制制方方法法一、一、Id=0控制控制二、最大转矩二、最大转矩
7、/ /电流控制电流控制三、弱磁控制三、弱磁控制四、最大输出功率控制四、最大输出功率控制永磁电机的永磁电机的dq轴旋转坐标系轴旋转坐标系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 =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。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？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
8、交直轴电感相等，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。不可能有磁阻转矩存在。适用于恒速运行，以及调速范围要求不高的场合。适用于恒速运行，以及调速范围要求不高的场合。4.2 最大转矩/电流控制SPM电机的定子电流矢量轨迹电机的定子电流矢量轨迹表贴式永磁电机： Ld=Lq可推出结论：Id=0 最大转矩/电流控制也称单位电流输出最大转矩的控制，是凸极式永磁同步电动机用的较多的一种电流控制策略。对于隐极式永磁同步电机（大多数表贴式永磁电机）来说，最大转矩/电流控制就是id0控制。电流矢量应满电流矢量应满足的两条件足的两条件SPM电电机机4.2 最大转矩/电流控制IPM电机的定子电流矢量
9、轨迹电机的定子电流矢量轨迹 最大转矩/电流控制也称单位电流输出最大转矩的控制，是凸极式永磁同步电动机用的较多的一种电流控制策略。对于隐极式永磁同步电机（大多数表贴式永磁电机）来说，最大转矩/电流控制就是id0控制。电流矢量应满电流矢量应满足的两条件足的两条件其中为电机的凸极率， =Lq/LdIPM电电机机4.3 弱磁控制 弱磁控制的思想来自于他励直流电动机的调磁控制（通过降低他励直流电动机的励磁电流大小，可拓宽其转速范围）。 而对于永磁同步电机来说，励磁磁场是永磁体产生，无法进行调节，只有通过而对于永磁同步电机来说，励磁磁场是永磁体产生，无法进行调节，只有通过调节定子电流，即增加定子直轴去磁电流分量来维持高速运行时电压的平衡，达到调节定子电流，即增加定子直轴去磁电流分量来维持高速运行时电压的平衡，达到弱磁扩速的目的。弱磁扩速的目的。 不难发现，在同一电流极限圆上的A点和C点，转矩也一致，但转速却是C点更高。 还有，如果按照最大转矩/电流控制，在转速为时只能做到Tem2大小的功率（B点），但是通过做弱磁控制，增大电机的直轴去磁电流，削弱了永磁体产生的气隙磁场，可以增大电机的输入电流使转矩提高到Tem1(C点)达到了弱磁扩速的目的。非弱磁控制非弱磁控制非弱磁控制非弱磁控制谢谢大家！
