永磁同步伺服电机电磁计算流程

第３２卷第６期　振动与冲击　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ　ＡＮＤ　ＳＨＯＣＫ　

分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算　

马琮淦，左曙光，何吕昌，孙庆，孟姝　

（同济大学新能源汽车工程中心，上海２０１８０４）　

摘　要：针对分布式驱动电动汽车车身阶次振动和车内噪声的主要振源一外转子表贴式永磁同步电机６　阶　（ｋ∈Ｎ）转矩波动，提出了一种分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算方法。基于永磁同步电机磁场畸变，对永　磁磁极在均匀气隙中的径向分量进行了傅里叶级数分解，通过磁链、电压的计算，最终得到电磁转矩的解析解，为永磁同　步电机的阶次振动与振源识别提供了理论基础。当不考虑电流谐波的影响时，对电磁转矩做了阶次分析，论证了由永磁　体磁场谐波引起的电磁转矩波动频率是电源频率的６　倍频。最后，通过有限元计算验证了该解析计算结果。　关键词：分布式驱动；永磁同步电机；电磁转矩；解析计算；阶次分析　中图分类号：Ｕ４６１．４；ＴＢ５３３　文献标识码：Ａ　

Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｔｏｒｑｕｅ　ｉｎ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　

ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｎ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｄｒｉｖｅ　

ＭＡ　Ｃｏｎｇ—Ｃａｎ，ＺＵＯ　Ｓｈｕ—Ｇｕａｎｇ，ＨＥ　Ｌａ—Ｃｈａｎｇ，ＳＵＮ　Ｑｉｎｇ，ＭＥＮＧ　Ｓｈｕ　

（Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１　８０４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｒｅｇａｒｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　６ｋ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏｒｑｕｅ　ｒｉｐｐｌｅ　ｏｆ　ＰＭＳＭ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｂｏｄｙ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｎｏｉｓｅ　ｉｎ　

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｄｒｉｖｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ，ａ　ｎｅｗ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｔｏｒｑｕｅ　ｏｆ　ＰＭＳＭ　ｉｎ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｄｒｉｖｅ　

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VersionNo.:1RealizeyourdreamofTechnology！技术支持QQ群：280025760伺服电机2500WANSOFT仿真电磁设计说明-------项目代做提交文档一、电机设计要求说明：1、利用现有130铝机座，采用改进的冲片设计和磁钢设计，转子加0.35-0.5mm的不锈钢钢套；2、转速3000转/分，8极，额定功率输出2.5KW，额定转矩输出8.1Nm，效率>90%,转矩波动<0.5%；3、最大功率输出6.5KW，最大转矩输出>21Nm；4、使用接220VAC输入的控制器，额定电流11A；5、S1工作制：因为电机定子冲片固定，铁长有限制，电机功率密度较高，输出11A时要达到S1工作的要求，按照F级以上热绝缘等级设计。二、定转子冲片和气隙的磁负荷分析图1SPREADWINCO.,LTD

VersionNo.:1RealizeyourdreamofTechnology！技术支持QQ群：280025760马达铁长为80mm，图1为客户要求使用的定子冲片外形尺寸。空载磁路设计的磁负荷参数NO-LOADMAGNETICDATA：定子齿磁通密度Stator-TeethFluxDensity(Tesla):1.75；定子轭磁通密度Stator-YokeFluxDensity(Tesla):1.6；转子轭磁通密度（轴径大小客户自行决定，不大于45mm）Rotor-YokeFluxDensity(Tesla):1.0735；气隙磁通密度Air-GapFluxDensity(Tesla):0.85。结合下面后处理输出的数据，电机损耗里铁耗的比例偏小，说明米格冲片设计时留的余量偏大，槽可以在大些，留出更大的空间，适当的加大线径，比较大的降低铜耗，提升效率。三、绕组设计：并联支路数NumberofParallelBranches:2每槽导体数NumberofConductorsperSlot:26，双层绕组，每槽两个线圈，每个线圈13匝绕组跨距AverageCoilPitch:4线径WireDiameter(mm):2Xφ0.7线类型Y180-1槽绝缘0.35NHN槽满率StatorSlotFillFactor(%):70%线圈半匝长CoilHalf-TurnLength(mm):141工作温度下的定子相电阻（115℃）ArmaturePhaseResistanceR1(ohm):0.31常温下定子相电阻ArmaturePhaseResistanceat20℃(ohm):0.255绕组系数：StatorWindingFactor:0.9452四、磁钢设计参数：磁钢类型：N35SH磁钢横截面外形图尺寸如图3，轴向的长度40.5mm，一磁极由两片磁钢组成，可以利用斜极抑制齿槽转矩；磁钢性能参数：在20℃时，剩磁密度>1.24T，在100℃时>1.14T;在20℃时，矫顽力>940KA/m,在100℃时矫顽力>860KA/m；在20℃时，内禀矫顽力>1450KA/m,磁钢表面涂敷涂层防锈处理。SPREADWINCO.,LTD

永磁辅助式磁阻同步伺服弱磁控制系统的研究

史云强

【摘 要】论文结合永磁辅助磁阻同步电机的具体结构特点,将弱磁区域具体的划分为了三个区间,并针对每一区间的弱磁控制策略进行了推导;通过协同仿真的方法对基于电机参数辨识的最大转矩电流比控制的实用性与准确性,以及三大区间弱磁控制下PMaSynRM良好的调速性能进行了验证.希望通过本次研究能够对后期的相关工作有所帮助.

【期刊名称】《机电产品开发与创新》

【年(卷),期】2017(030)002

【总页数】3页(P101-103)

【关键词】弱磁控制;永磁辅助磁阻同步电机;实用性

【作 者】史云强

【作者单位】扬州七二三研究所,江苏扬州225001

【正文语种】中 文

【中图分类】TM937

永磁磁阻伺服电机实践工作中，铁氧体的永磁材料放置在转子轴槽内，而且还具备了轴电感小与气隙磁密低以及凸极大等特点。

1.1 磁链补偿控制算法

在Park坐标体系下，永磁电机的转矩方程：

式中：P—电机极数；id、Ld—d轴电流与电感；iq、Lq—q轴电流与电感；Ψm—电机转子上的永磁磁链；在图1中所表示的永磁磁阻伺服电机永磁体一般都在转子的d轴上进行安装，而且满足Lq＞Ld的条件，所以上述方程又可以改写为：

在针对永磁磁阻伺服电机的d轴磁链进行补偿操作的过程中，如果电机d轴磁链满足以下条件：

则此时电机所获得的磁阻转矩是最大的：

通过上述分析可知，当永磁体安装在转子d轴上的永磁磁阻伺服电机满足式（3）时，则d轴上的电枢磁链对永磁磁链实现一种完全补偿，此时d轴的磁链数值为0，因此也就可以在电机转矩和电流输出呈一线性关系的条件下，最终获得一最大的电磁转矩。由式（4）得出：当通过d轴的电流已定时，通过补偿处理之后的电磁磁阻伺服电机的电磁转矩与其q轴的电流呈正比例关系，这一特点也是与表贴式永磁同步伺服电机的转矩特性是一致的。

1.2 弱磁控制策略

（1）弱磁Ⅰ区（ωA＜ωC＜ωB）。 在该弱磁区域，同时在电流极限圆以及电压极限椭圆中都涉及到了电流矢量的运行，结合相应的约束方程可以得出在该弱磁Ⅰ区电机运行时的d轴与q轴的电流给定；

伺服电机的工作原理

引言概述：

伺服电机是一种常用的电动机，具有精确控制位置和速度的能力。它在许多领域中广泛应用，如机器人技术、自动化生产线以及航空航天等。本文将详细介绍伺服电机的工作原理。

一、电机构成

1.1 电机转子

伺服电机的转子通常由永磁体或电磁体组成。永磁体转子由永磁材料制成，具有固定的磁场。电磁体转子则通过电流激励产生磁场。转子的磁场与定子的磁场相互作用，产生转矩，驱动电机运动。

1.2 电机定子

伺服电机的定子由一组线圈组成，称为绕组。绕组通常由导线绕制而成，通过电流激励产生磁场。定子的磁场与转子的磁场相互作用，产生转矩，驱动电机运动。

1.3 电机控制器

伺服电机的控制器是整个系统的核心部分。它接收来自传感器的反馈信号，计算出控制电机运动所需的参数，并输出控制信号给电机驱动器。控制器通过调整电机驱动器的输入信号，实现对电机的精确控制。

二、反馈系统

2.1 位置反馈 伺服电机通常配备位置传感器，用于实时监测电机转子的位置。位置传感器可以是光电编码器、霍尔传感器或者磁编码器等。通过获取转子位置信息，控制器可以实时调整电机的输出，使其达到预定位置。

2.2 速度反馈

除了位置反馈，伺服电机还可以配备速度传感器，用于实时监测电机的转速。速度传感器可以是霍尔传感器、转矩传感器或者光电编码器等。通过获取转速信息，控制器可以精确控制电机的速度，使其满足应用需求。

2.3 加速度反馈

为了更好地控制电机的运动过程，一些伺服系统还配备加速度传感器。加速度传感器可以实时监测电机的加速度变化，从而帮助控制器更精确地调整电机的输出信号，使其实现平稳加速和减速。

三、闭环控制

3.1 控制信号计算

基于反馈系统提供的位置、速度和加速度信息，控制器通过算法计算出控制信号。这些信号包含了电机的电流、电压或脉冲等信息，用于驱动电机。

3.2 控制信号输出

控制信号由控制器输出给电机驱动器。电机驱动器根据控制信号的特点，通过合适的方式调整电机的输入电流、电压或者脉冲信号，从而实现对电机的精确控制。