高速永磁无刷直流电机综述

I高速永磁无刷直流电机综述电机专题老师：戈宝军学生：崔广慧学号：1320300012II高速永磁无刷直流电机综述摘要高速电机现正成为电机领域的研究热点之一。其主要特点有两个：一是转子的高速旋转；二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率。由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。无刷直流电机以下简称（BLDC)是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。以其体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点，同时还保留了普通直流电动机优良的机械特性广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域。近年来,随着无刷直流电机应用领域的不断扩大各种控制算法和控制策略也相继出现为了便于理论分析和验证各种控制算法和策略建立正确的无刷直流电机模型就显得非常重要。因此高速永磁电机的应用前景非常广阔。然而在高速永磁电机设计的过程中存在着许多的技术难点。随着科学技术的不断发展，对永磁无刷直流电机调速系统转速和转矩的性能要求越来越高。各种传统的控制方法也伴随着科学发展和技术进步不断更新，许多经典的控制方法在新技术硬件平台上获得了比以往更优良的性能。特别是数字信号处理器和可编程逻辑器件出现，极大地推动了永磁无刷直流电机控制技术不断向集成化、智能化方向发展。关键字：高速电机，无刷直流，热点，难点IIISummaryofthehigh-speedpermanentmagnetbrushlessDCmotorAbstractHigh-speedmotorisnowbecomingoneofthehotmotorareas.Itsmainfeaturesaretwo:First,thehigh-speedrotationoftherotor;Second,theironcorestatorwindingcurrentsandhighfrequencyflux.Whichdeterminesthekeytechnologyisdifferentfromordinarymotorspeedmotorspecific.HereinafterreferredtoasthebrushlessDCmotor(BLDC)withthedevelopmentofpowerelectronicstechnologyandnewpermanentmagnetmaterialsrapidlymaturingofanewmotor.Itssmallsize,lightweight,highefficiency,lowinertiaandhighprecisioncontrol,whileretainingthenormalDCmotoriswidelyusedinexcellentmechanicalpropertiesServo-controlledareas,CNCmachinetools,robotsandsoon.Inrecentyears,withthecontinuousexpansionofbrushlessDCmotorapplicationsofvariouscontrolalgorithmsandcontrolstrategieshavealsoemergedinordertofacilitatethetheoreticalanalysisandvalidationofvariouscontrolalgorithmsandstrategiestoestablishthecorrectmodelofabrushlessDCmotorisveryimportant.Therefore,thehigh-speedpermanentmagnetmotorprospectsareverybright.However,therearemanytechnicaldifficultiesinhigh-speedpermanentmagnetmotordesignprocess.Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,theperformancerequirementsofbrushlessDCmotorspeedcontrolsystemspeedandincreasingtorque.Varioustraditionalcontrolmethodsisalsoaccompaniedbyscientificdevelopmentandtechnologicalprogressconstantlyupdated,Manyclassicalcontrolmethodsonanewhardwareplatformtechnologytoobtainamoreexcellentperformancethanever.Inparticulardigitalsignalprocessorandaprogrammablelogicdeviceoccurs,GreatlypromotedthepermanentmagnetbrushlessDCmotorcontroltechnologyIVcontinuestointegrated,intelligentdirection.Keywords:high-speedmotors,brushlessDC,hot,difficultV目录摘要......................................................................................................................IAbstract.............................................................................................................III第1章绪论........................................................................................................11.1课题研究的背景及意义...........................................................................11.1.1课题研究的背景................................................................................11.1.2课题研究的意义................................................................................31.2无刷直流电机的发展...............................................................................41.2.1电力电子技术的发展............................................................................41.2.2新型永磁材料的发展........................................................................51.2.3DSP的应用........................................................................................61.2.4控制策略................................................................................................61.3高速电机的国内外研究现状....................................................................71.3.1国外研究现状....................................................................................71.3.2国内发展状况....................................................................................8第2章高速永磁无刷直流电机电磁方案的设计..........................................102.1高速永磁无刷直流电动机的工作原理.................................................102.1.1高速永磁无刷直流电动机的本体结构..........................................10第3章高速永磁无刷直流电机存在的难点、热点与展望..........................203.1高速永磁无刷直流电机的难点...................................................203.2高速永磁无刷直流电机的热点...................................................20参考文献............................................................................................................231第1章绪论1.1课题研究的背景及意义1.1.1课题研究的背景高速加工和精密加工是未来制造业发展的两个方向，是高速加工，它不仅具有极高的生产率，且可显著提高零件的加工精度和表面质量，实现工程陶瓷、玻璃、半导体硅等特殊材料的高效精密加工，在航空航天、精密仪表制造等高精尖领域获得了广泛的应用。电主轴是高速机床的核心部件如图1-1所示，其特点是将机床主轴功能和电机功能从结构上融为一体，省去了复杂的中间传动环节，具有速度高、精度高、调速范围宽、振动噪声小、可快速起动和定向停等优点。电主轴的性能决定了高速机床的性能和技术水平，而超高速电机是电主轴技术的基础为了超高速电主轴的实现，就必须将先进的材料、电机设计理论、电力电子技术、数字控制技术和控制理论等运用到电机领域[1]。图1-1高速电主轴Figure1-1high-speedspindle一、高速电机高速永磁电机的技术涉及了多个学科，是集材料科学，电力电子技术、控制理论、电机的本体设计以及制造于一体的新型机电产品，这些新兴技术的产生也为高速永磁电机的发展奠定了扎实的技术基础，目前高速电机的研究也已成为国际电工领域的研究热点之一。所谓高速电机通常是指转速超10000r/min的电机。它们具有以下优点：一是由于转速高，所以电机功率密度高，而体积远小于功率普通的电机，可以有效的节约材料。2二是可与原动机相连，取消了传统的减速机构，传动效率高，噪音小。三是由于高速电机转动惯量小，所以动态相应快。基于以上优点，高速电机在以下各方面具有广阔的应用前景[1]：1、高速电机在空调或冰箱的离心式压缩机等各种场合得到应用，而随着科学技术的发展，特殊要求越来越多，它的应用也会越来越广泛。2、随着汽车工业混合动力汽车的发展，体积小，重量轻的高速发电机将会得到充分的重视，并在混合动力汽车，航空，船舶等领域具有良好的应用前景。3、由燃气轮机驱动的高速发电机体积小，具有较高的机动性，可用于一些重要设施的备用电源，也可作为独立电源或小型电站，弥补集中式供电的不足，具有重要的实用价值。由于高速电机转子上的离心力与线速度的平