集成永磁伺服電機關鍵技術研究.pdf

1、集成永磁伺服電機是由電機本體、驅動器、控制器、編碼器四大組件構成的集成體。高密度、高可靠性、高電磁兼容要求和目標是集成永磁伺服電機設計的核心問題，本文以此為重點，對高密度永磁電機本體的性能優(yōu)化、集成永磁伺服電機系統(tǒng)熱結構優(yōu)化和電磁干擾抑制等展開研究。
　　首先，提出集成永磁伺服電機四個組件間一體化熱結構設計與電磁兼容設計的原則和各主要組件的選型原則。通過永磁電機繞組特點的分析，選擇分數(shù)槽集中繞組；為提升功率密度，設計出一款體積小、

2、性能高的運動編碼器；為增強控制器的抗干擾能力，采用自行研制的單芯片伺服控制器，使伺服系統(tǒng)的可靠性明顯提高，體積更加緊湊。
　　為提升電機本體性能，研究了分數(shù)槽集中繞組永磁電機的極槽配合、諧波磁勢和齒槽轉矩。提出了高性能分數(shù)槽集中繞組永磁電機極槽數(shù)選擇的若干約束條件。集中繞組電機擁有較多繞組諧波磁勢，導致轉矩波動和渦流損耗。借助分數(shù)槽集中繞組磁勢諧波理論提出了一種改進的電機設計方案，可以明顯降低一次諧波幅值，減少渦流損耗和齒槽轉矩波

3、動；通過對齒槽轉矩的理論分析，提出直槽、斜槽口和直槽、對稱斜槽口的設計方法，理論分析和有限元仿真表明，除平均轉矩有微弱下降，大大削弱了齒槽轉矩，與普通斜槽電機相比，減小了用銅量和銅損，提高了效率。
　　集成永磁伺服電機較高的功率密度導致較高的溫升，需研究系統(tǒng)的溫度場分布，并對系統(tǒng)熱設計進行優(yōu)化。文中建立了集成永磁伺服電機的三維電磁熱耦合模型，對熱邊界條件進行非線性處理，對電機本體損耗密度進行實測修正。有限元仿真與實測溫升的對比數(shù)據(jù)

4、表明，所建模型較為準確、合理?；谀Ｐ?，對集成永磁伺服電機進行多項熱設計優(yōu)化，包括整體布局、外殼幾何尺寸、灌封材料和熱管等設計優(yōu)化，最后獲得整體優(yōu)化的集成永磁伺服電機熱模型和設計方案。
　　PWM技術在提高集成永磁伺服電機系統(tǒng)性能的同時，也給系統(tǒng)內(nèi)電機側和驅動器側帶來更嚴重的電磁干擾，對MOSFET關斷過程du/dt的電壓過沖和振蕩抑制可以提高 EMI性能。通過分析 MOSFET的關斷過程，提出并設計了閉環(huán)的門極電壓控制方法。該方

5、法通過檢測漏極電壓，當漏極電壓超過母線電壓，即形成過沖的瞬間，在門極施加一段輔助電壓信號，用以減緩門極-源極間電荷的放電速率，降低漏極電壓過沖。仿真和實驗結果表明，方法可有效的抑制電壓過沖，甚至消除振蕩，減小關斷損耗；通過漏極電壓頻譜分析，電磁噪聲幅值有較大的削弱。
　　最后，闡述集成永磁伺服電機系統(tǒng)中包括永磁伺服電機本體和控制驅動電路的設計和性能測試。首先基于電機主要指標確定主要尺寸，然后在此基礎上構建仿真模型，通過對電機模型進