永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计课件

永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计1二、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2一、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3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

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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：5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）6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IPMToyota-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7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9一、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。10四、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114.2最大转矩/电流控制SPM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id＝0控制。电流矢量应满足的两条件SPM电机134.2最大转矩/电流控制IPM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id＝0控制。电流矢量应满足的两条件其中ρ为电机的凸极率，ρ=Lq/LdIPM电机144.3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。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