永磁電機現狀分析

　　隨著(zhù)高性能永磁材料的問(wèn)世和控制技術(shù)的提高，永磁電機在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應用，而直流無(wú)刷電機(BLDCM)和永磁同步電機(PMSM)更加高效和優(yōu)質(zhì)的結構成為眾多行業(yè)設備的選擇。為了使設備以最佳的性能工作，永磁電機制作商仍由許多問(wèn)題需要克服。下面將對這兩種電機的現狀做個(gè)簡(jiǎn)單分析。

　　BLDCM全稱(chēng)為Brushless Direct Current Motor，即無(wú)刷直流電機。

　　PMSM全稱(chēng)為Permanent Magnet Synchronous Motor，即永磁同步電機。

　　運動(dòng)控制是目前眾多行業(yè)設備的需求，為了使這些設備能以最佳的性能工作，采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的新型馬達控制技術(shù)是關(guān)鍵所在。能效的提高是趨勢所向，新技術(shù)同時(shí)還能帶來(lái)更多的優(yōu)勢，如實(shí)現更加平穩的工作，大幅度降低噪聲水平。眾多制造商正在應對這些挑戰，馬達市場(chǎng)正在被更加高效的方案替代，如直流無(wú)刷(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)。

　　關(guān)于這兩種電動(dòng)機的研究現狀對比大致如下：

　　一、BLDC關(guān)于轉矩脈動(dòng)分析

　　永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機與傳統有刷直流電動(dòng)機相比，省去了機械換向器和電刷，其定子電流為方波，而且控制較簡(jiǎn)單，但在低速運行時(shí)性能較差，主要是受轉矩脈動(dòng)的影響。

　　引起轉矩脈動(dòng)的因素很多, 主要有以下原因：

　　(1)電流換相引起的轉矩脈動(dòng)

　　采用重疊換相法可以抑制相電流換相引起的轉矩脈動(dòng)，另外通過(guò)選擇適當的電機轉速來(lái)削弱換相轉矩脈動(dòng)的影響。

　　(2)電樞反應引起的轉矩脈動(dòng)

　　適當合理地增大氣隙可減弱這種原因造成的影響，設計電機時(shí)選擇瓦形或環(huán)形永磁體徑向勵磁結構，選擇磁路設計的時(shí)候，使電機盡量在空載時(shí)達到飽和，都可減弱這種影響。

　　(3)齒槽效應引起的轉矩脈動(dòng)

　　常用的方法是合理地選擇極槽配合，如采用斜槽，或轉子采用斜極，另外還可適當增大氣隙，采用分數槽也有助于減少齒槽轉矩脈動(dòng)，或者制造無(wú)槽電機也是一個(gè)新的方向。

　　(4)控制算法誤差引起的轉矩脈動(dòng)

　　通過(guò)改進(jìn)電流控制算法可以提高電流控制的精度, 以減小電流脈動(dòng)從而降低轉矩脈動(dòng)。但是，要實(shí)現更精確有效的電流控制方法，還需在實(shí)踐中進(jìn)行更深入的探索和研究。

　　(5)機械加工因素引起的轉矩脈動(dòng)

　　在實(shí)際生產(chǎn)加工中，制造電機所用材料的不統一、轉子偏心、繞組不對稱(chēng)等都會(huì )引起轉矩脈動(dòng)，選擇高質(zhì)量材料，提高加工工藝水平都能有效地減弱機械加工因素造成的影響。

　　二、PMSM的研究現狀分析

　　PMSM永磁同步電動(dòng)機，其定子繞組一般為三相短距分布繞組，其氣隙磁場(chǎng)和定子分布繞組決定了定子繞組感應電動(dòng)勢為正弦波形，所用的供電電源為PWM變壓變頻電源。永磁同步電動(dòng)機轉子為永久磁鋼。目前，磁鋼多用稀土永磁材料制成，如釤鈷合金(Sm-Co)釹鐵硼(Nd-Fe-B)等、高矯頑力等特點(diǎn)。

　　對比BLDCM，PMSM的轉矩脈動(dòng)比較小，鐵心損耗也較小，所以在低速直接驅動(dòng)場(chǎng)合的應用中，PMSM的性能比BLDCM及其它交流伺服電動(dòng)機優(yōu)越得多。不過(guò)在發(fā)展高性能PMSM中也遇到幾個(gè)“ 瓶頸” 問(wèn)題有待于作更深入的研究和探索。存在的主要問(wèn)題如下：

　　(1)由于存在齒槽轉矩，PMSM在低速運行時(shí)會(huì )受到轉矩脈動(dòng)的影響。采用永磁材料的PMSM在使用過(guò)程中可能會(huì )出現“退磁”現象。

　　(2)控制器調節性能受很多方面影響，如位置速度檢測誤差，這方面可根據高精度的速度及位置檢測器件和實(shí)現無(wú)傳感器檢測的方法均可克服這種影響。

　　(3)以PMSM作為執行元件構成的永磁交流伺服系統，由于PMSM本身就是具有一定非線(xiàn)性、強耦合性和時(shí)變性的“ 系統”，同時(shí)其伺服對象也存在較強的不確定性和非線(xiàn)性，加之系統運行時(shí)易受到不同程度的干擾，因此采用先進(jìn)控制策略和實(shí)現方式, 以從整體上提高系統的“ 智能化、數字化” 水平，這應是當前發(fā)展高性能PMSM的方向。

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