1、上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-41永磁同步電機以及直流無刷電機的電磁設(shè)計上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-42二、永磁電機的磁路結(jié)構(gòu)形式簡介二、永磁

2、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)別三、永磁同步電機與直流無刷電機的區(qū)別上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-43一、永磁電機主要設(shè)計參數(shù)之間的關(guān)系式2efnmdp6.1pD l nPa KKAB其中D為電樞直徑；efl為

3、等效鐵心長度；n為電機的額定點轉(zhuǎn)速；P為電機的計算功率；p為電機計算極弧系數(shù)；nmK為電機氣隙磁場的波形系數(shù)；dpK為電機的繞組系數(shù)；A為電機的線負荷；B為電機的氣隙磁密最大值；（2 2）相同的電磁負荷，）相同的電磁負荷，相同轉(zhuǎn)速，電機體積越大相同轉(zhuǎn)速，電機體積越大可實現(xiàn)的功率也越大；可實現(xiàn)的功率也越大；（3 3）相同的電磁負荷下）相同的電磁負荷下，出相同功率，轉(zhuǎn)速越高，出相同功率，轉(zhuǎn)速越高則電機的體積越小；則電機的體積越小；（4 4）一定功率和轉(zhuǎn)速下）一定功率和轉(zhuǎn)速下，電磁負荷決定電機的主，電磁負荷決定電機的主要尺寸；要尺寸；（1 1）電機的主要尺寸由）電機的主要尺寸由其計算功率和轉(zhuǎn)速其計算

4、功率和轉(zhuǎn)速n之比之比決定；決定；反映電機反映電機的電負荷的電負荷反映電機反映電機的磁負荷的磁負荷上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-44極弧系數(shù)的概念解釋磁鋼表貼式轉(zhuǎn)子磁鋼表貼式轉(zhuǎn)子磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shan

5、ghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-45電機主要尺寸比efl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荷后，可基本確定電機的 。2efD l 的大小與電機運行性能、經(jīng)濟性、工藝性等均有密切關(guān)系，或有一定影響。一、尺寸比越大，電機越細長；端部短，因而端部用銅相應(yīng)減少；經(jīng)濟性二、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，風路加長，冷卻條件變差）；熱性能四、電機細

6、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：上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-4外轉(zhuǎn)子輪轂電機外轉(zhuǎn)子輪轂電機6二、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

7、： 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）電機（內(nèi)轉(zhuǎn)子）軸向磁場的混合勵磁電機軸向磁場的混合勵磁電機磁鋼表貼式（磁鋼表貼式（SPM）磁鋼內(nèi)嵌式（磁鋼內(nèi)嵌式（IPM一字形）一字形）上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-47內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的多種磁路結(jié)構(gòu)形式切向式切向式IPM混合式混合式IPM徑向式徑向式

8、IPMToyota-Prius的分段斜極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的分段斜極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)連續(xù)斜極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)連續(xù)斜極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多層徑向式多層徑向式IPM結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)Honda-Accord的的IPM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-48電機的交直(DQ)軸磁路徑向式徑向式IPM切向式切向式IPM上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai A

9、nanda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-49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)電機汽車電機上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-410一、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

10、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。上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有

11、限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-411四、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，電磁設(shè)計必須和控制策略匹配，才能總體上產(chǎn)生因此，對應(yīng)不同的設(shè)計指標，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。一個最佳的效果。矢量控制方矢量控制方法法一、一、Id=0控制控制二、最大轉(zhuǎn)矩二、最大轉(zhuǎn)矩/ /電流控制電流控

12、制三、弱磁控制三、弱磁控制四、最大輸出功率控制四、最大輸出功率控制emm qdqd q2m sdq3()231 sin()sin2 22sTpiLL i ipILL I永磁電機的永磁電機的dq軸旋轉(zhuǎn)坐標系軸旋轉(zhuǎn)坐標系上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-4124.1 Id=0控制（磁場定向控制） 控制是矢量控制中的一個特殊的控制方法，從電動機端口看，相當于一臺他勵直流電動機，定

13、子電流中只有交軸分量，且定子磁動勢空間矢量與永磁體磁場空間矢量正交，即 =90 ，電機轉(zhuǎn)矩中只有永磁轉(zhuǎn)矩分量。d0I 例如：工縫機電機、以及所有表貼式永磁同步電機。例如：工縫機電機、以及所有表貼式永磁同步電機。2emm sdq31sin()sin2 22sTpILL I磁場定向控制時的相量圖磁場定向控制時的相量圖o90emms32TpI為什么表貼式永磁電機都適合用這種控制方式？為什么表貼式永磁電機都適合用這種控制方式？表貼式永磁電機的交直軸電感相等，表貼式永磁電機的交直軸電感相等，不可能有磁阻轉(zhuǎn)矩存在。不可能有磁阻轉(zhuǎn)矩存在。適用于恒速運行，以及調(diào)速范圍要求不高的場合。適用于恒速運行，以及調(diào)速范

14、圍要求不高的場合。上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-4134.2 最大轉(zhuǎn)矩/電流控制SPM電機的定子電流矢量軌跡電機的定子電流矢量軌跡m qdqd qem223 ()2sdqpiLL i iTIiiemsdemsq/0/0TiiTii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

15、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id0控制。電流矢量應(yīng)滿電流矢量應(yīng)滿足的兩條件足的兩條件SPM電機電機上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-4144.2 最大轉(zhuǎn)矩/電流控制IPM電機的定子電流矢量軌跡電機的定子電流矢量軌跡m qdqd qem223 ()2sdqpiLL i iTIiiemsdemsq/0/0TiiTii 最大轉(zhuǎn)

16、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id0控制。電流矢量應(yīng)滿電流矢量應(yīng)滿足的兩條件足的兩條件2222mmdqdd4121L LiL其中為電機的凸極率， =Lq/LdIPM電機電機上上 海海 安安 乃乃 達達 驅(qū)驅(qū) 動動 技技 術(shù)術(shù) 有有 限限 公公 司司Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.Shanghai Ananda Drive Techniques Co., Ltd.2022-3-4154.3 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，無法進行調(diào)節(jié)，只有通過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，達到調(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，達到弱磁擴速的目的。弱磁擴速的目的。22d qd dm()uL iL i 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，