我优求知网永磁传动技术论文篇（1）
Abstract：Newdevelopmentonmagneticdrivinginforeigncountryissyntheticallyreviewed.
Applicationsfieldisbecomewideandtechnicalpropertyisimproved;Newtechnique,
technologyandconstructionappear;Magneticdrivepumpsbecomehighefficiency,
rliabilityandlonglifebyusingadvancedmanufacturetechniqueandmanagement.
Keywords：magneticdrive;Mag-drivepumps;newtechnique.
[中***分类号]TM351[文献标识码]B文章编号1561-0330(2003)07-00
1引言
1940年英国人Charles和GeoffreyHwward首次解决了具有危险性介质化工泵的泄漏问题，解决的方法是用磁力驱动泵。在以后30多年里永磁传动技术由于磁性材料的原因进步十分缓慢。1983年高性能钕铁硼（NdFeB）永磁材料的问世，为磁力驱动泵的快速发展提供了关键部件的材料。近年来永磁传动技术已从泵类向其它密封机械扩展，技术上集中于提高设备的可靠性、抗介质腐蚀新材料的研究，流体技术及制造装配的精度。磁力泵代表着一个国家制造技术的水平，近年来工业发达国家的磁力泵在效率、寿命、制造周期、成本、可靠性等方面有了突破性的进展。
永磁传动技术是将原动机的动力通过其轴上的外磁部件传递给工作轴上的内磁部件，内外磁部件由隔离罩分开，从而工作轴无须伸出所要封闭的空间，取消了动密封，实现无密封、零泄漏。永磁传动技术主要应用于化学工业、石油化工、医药、食品工业中的泵和压缩机、搅拌机与阀门等。目前我国流体机械大量使用的传统机械密封在国外的这些部门已逐渐被永磁传动所取代。
2应用领域拓宽、技术性能提高
2.1磁力传动是密封领域最有效最安全的解
永磁传动即永磁联轴器对于需要密封的机械，对有害、有毒、污染、危险、纯净、贵重的产品和生产过程是一最安全解，它的应用范围很宽。石油化工、医药、电影、电镀、核动力等行业中的液体大都具有腐蚀性、易燃、易爆、有毒、贵重，泄漏会带来工作液体的浪费与环境污染；真空、半导体工业要防止外界气体的侵入：饮食、医药要保证介质的纯净卫生。永磁传动技术在这些领域找到了用武之地。英国Howard机械发展有限公司(HMD)从1946年就致力于无密封泵的制造，至今在全世界37个国家已销售近7万台,每年销售额达28百万英镑[1]。美国一家制药厂有上百个装有机械密封的离心泵，处理各种酸类，这些泵由于设计问题常常干运转，仅能使用2~3个月就自行破坏，换用了Ansimag公司生产的K1516系列磁传动泵，自1993年投入运行（每天操作4.8小时每年365天）至1998年还在运行[2]。美国中西部的容器板厂，合成苛性纳是回转叶片泵密封的极大问题,这里的工程师称这些泵是“维护黑夜里的天”安装了Ansimag公司的ETFE衬里无密封磁力泵,运行11个月没有停机[3]。美国一大型化工厂面临着输送甲醇的严重困难。因甲醇易燃，60℃接近沸腾，流量仅7m3/h，压差高达250m。问题的解决靠的是Dickow磁传动多级端吸泵，它的流量是15m3/h，压差400m,确保了甲醇的零泄漏,保证操作人员与工厂的安全，并解决了甲醇中含有气泡输送问题[4]。
2.2磁力泵在技术性能上向微型,大型化发展
为满足国内外市场需要，石油化工公司成套设备向大型化发展，我国必须有一批年产千万吨级的炼油厂、百万吨级的乙烯装置。机械装备要满足重负荷、长周期、低能耗，并符合环保要求。我国在仿制国外产品中发现，制造磁力泵的材质和工艺要求是很高的。即使11~13kW的中小功率泵,其可靠性制造成本也无法让用户接受。对于耐强腐蚀、高压、高温的大功率泵尚属空白。目前磁力泵的发展极限应由HMD公司的产品来描述：流量由1m3/h到681m3/h，压差由10m到500m，温度范围由-100℃到450℃，系统压力从真空到400bar，原动机功率达350kW。微型泵是专门为某些部门研究开发出来的，例如激光器的冷却、分析仪器的供料、化学剂的补充、生物工程、冷却循环，以至于打印机的喷嘴等。齿轮泵与电机一体化封闭联接，适用24V、36V直流电源，速度人工自动控制。最低流量为10ml/min，压差7bar。日本Iwaki公司为电镀、冷却循环用的MD系列微型磁力传动齿轮泵的流量范围是7.5~288L/min，传动功率1/25~1/3马力。
2.3各种类型的泵均可改造为磁力传动泵
离心泵是磁力泵的主导产品，磁传动回转位移泵虽有25年的历史，仅近七八年在设计制造水平以及大扭矩能力方面才有广泛的基础。重点是磁力传动齿轮泵与螺杆泵，最大传动能力达400Nm,转速3500r/min时功率为150kW。地处美国边界犹地州气体动力厂，透平压缩机的泵是常轨的外啮合齿轮泵。油泵因高压差平均每两个月便过度磨损而报废，造成压缩机关闭。1992年改用磁传动三螺杆泵后，一直连续运转，不用任何维护。英国Tuthill成功地应用了它的磁传动齿轮泵为Scottish公司的过程水系统中泵入添加剂，该泵取代了螺杆泵，符合卫生安全条例。
2.4磁力传动压缩机
磁力传动的内轴承位于所密封的空间内，它用密封的介质和冷却。鉴于我国材料制造水平，磁力传动在气体输送机械中尚未应用。加拿大Nova磁有限公司生产的超压风机，在170bar氦气压力下，泄漏率小1cm3/h，轴承寿命超过10000h。另一系列的加压风机，自由排放流量750m3/h，在400m3/h流量时系统压差35MPa，实现了零泄漏。此外，磁传动的特殊性能同样应用于无泄漏的搅拌器、阀门等设备。在冷冻机中的应用还未得到相关信息，笔者为实现将磁力传动应用于冷冻压缩机正在作探索工作，因冷冻剂尤其是氟里昂的外泄会造成严重的环境问题。
3新技术、新工艺、新结构
磁力传动技术并非只是简单的利用磁体的同性相斥、异性相吸作用，它是传动技术、材料技术、制造技术的集成。世界一流的专业生产厂，他们的产品在世界享有声誉，以至于我们无法仿制，其原因就在如此。现在这些“老手”还在进行效率和质量的改进，减少成本，延长两次检修之间的平均时间。
3.1新材料、新工艺
磁性材料的选用各国基本认识统一，NdFeB材料工作温度低于150℃，SmCo材料工作温度低于250℃，对于微型泵可选用钡铁氧体。泵体材料分金属、非金属两大类。金属不锈钢不意味着对一切液体都是不锈的，它主要用于与其兼容的过程液体、贵重液体、超纯净液体。非金属是专门为腐蚀性应用而研制的。它又分为2种情况。其一是纯塑料泵，用纯聚丙稀或乙烯氟化物热塑铸模。如英国VantonCGM泵流量为136m3/h，扬程84m（温度135℃），电机功率32kW。其二是衬里泵，是目前流行的耐腐蚀泵内衬塑料的一种方法。一般泵体可用可锻铸铁制造，FEP、PP、PFA、PVDF、ETFE无缝衬里。Magnetix新的MTA系列无密封泵与其它衬里泵的关键优势是应用了它的先进PFA氟聚合物衬里，PFA以它独特的广泛的耐化学剂腐蚀的能力，比ETFE，PVDF或其它非金属材料而闻名。采用专利技术：浇铸压膜工艺，联接的PFA衬里厚而均匀，与旋转模铸相竞争。应用于高纯度和高温流体更为理想。ISO泵PTFE衬里最小厚度3mm，用榫槽压入泵壳，泵壳用硼硅玻璃制造。隔离罩是密封的关键部件，它的破裂会导致流体泄漏发生灾难性的危害。单层金属封罩应用范围很广，尽管涡流会产生热量有能量损失，若采用高强度、高电阻材料可以限制到最小损失，如：哈氏合金C-4(2.4610)。由Taiani发明的金属叠层隔离罩取得5国专利，在许多设计中已被应用，它的效率可达99%，传动功率150马力。单层陶瓷ZrO2（氧化锆）隔离罩，耐苛性溶液，酸的腐蚀，具有高硬度和良好的滑动性能，及高的机械强度和弹性（E=2×105N/mm2），已用于工作压力250bar。但陶瓷罩壁厚较大，不能塑性加工。1999年初获得美国专利的IMO泵，新的隔离罩用碳纤维与环氧树脂制造，厚度小于2.8mm，与不锈钢法兰相联。适于操作压力31bar、温度232℃，传动扭矩407Nm，在3600r/min下功率达149kW。双层隔离罩提供了双保险和可供检测的空间。日本IWAKIMDE系列泵双层罩由玻璃纤维增强塑料制造。AnSimag双层环氧树脂隔离罩磁传动泵为造纸厂输送氧化铝，运转2年没有更换任何部件。隔离罩焊接是结构的薄弱点和腐蚀的敏感源，先进的制造方法是塑性成型，如深拉、旋压、延伸旋压。轴与滑动轴承由高耐磨性SiC制造。干运转按惯例是无密封磁力泵的凶兆。精心的流体平衡设计，后部密封圈与叶轮孔联合作用，平衡液体轴向推力减小叶轮的压力。入口调整阀防止低流量时的预旋，减小湍流，保证低流量操作。两个烧结SiC轴承优化设计支承点，轴套中的螺旋槽帮助冲洗和轴径，提供干运转30min的保证，可使操作者有时间调整系统，恢复正常运转，避免灾难性破坏。德国ITTRichter公司的MNKA系列泵的纯SiC轴承，在2900r/min下可以干运转1h。
3.2新技术
以最优的物理尺寸保证经济有效地利用磁体的体积，静磁脱开扭矩与温度的相关性通过有限元计算和广泛的试验。轴向与径向轴承由泵送介质来进行。流道提供必须的流量。新的自动调节轴承可承受大的轴向推力和径向力。具有超群的抗腐蚀和耐磨能力的SiC或碳石墨制造的滑动轴承，它缩装在金属外壳内，保证机械运转的稳定性，即使轴肩破坏，仍保持轴承的可靠性和可维修性。另一技术是流体平衡，使轴承所受的力限制到最小。目前内轴承的寿命可达到10000h。高温问题：KSB热油泵用环形冷却器来包围联轴器室，保持磁体附近的温度在材料最大允许温度之下，尽管介质平均温度是350℃。HMD的涡流型联轴器具有独特的“扭矩圈”设计，扩大温度范围至450℃不需要冷却。专利技术—风机自动冷却：在各种速度范围内磁联轴器可自动冷却，不需要外部冷却系统，仅用环形气室传动子自动完成。完全可靠性：在磁联轴器上装有摩檫圈以保护磁体；为防止干运转，流量传感器可以安装在用户管线上，确定断流或低流；国外机组随机装备数字式功率控制监控器来确定超载条件，泄漏传感器、温度传感器，使用PLC（可编程控制器）实时监控磁传动的工作情况。连续监视外轴承的运转间隙，监视任一球轴泵的磨损，使轴泵在损坏前及时更换。
3.3新结构
几乎所有的磁力传动泵均采用“后拉出”结构。整个联轴器部件、轴承部件分别作为一个单元，拆卸时不必从管路、底坐上拆出泵壳，益于检修服务。例如日本富士山胶片化学公司以前使用双机械密封离心泵，由于化学品的腐蚀磨损,轴封至少一个?????????更换一次。该密封的更换是很昂贵的，通常占泵总价值的25%，更换时间要花费5个小时。改用Global磁传动泵后，运行了2年完全成功。与双机械密封相比，检修周期增加了1倍，装拆一次减少到15min。1997年年内全部输送泵均更换为磁力泵，并将泵的预期寿命（不用任何服务）规定为5年。ALLweiler理智的提出无叶轮轴设计，叶轮安装在SiC轴承中间，标准间隙正在申报专利。风机应用分开式电马达，插入式套筒内轴承，无论是检修马达还是风机轴承均可在30min内完成。零部件大范围的与EN22858/ISO2858、ANSIB73.1、API610、DIN、BS等标准泵互换。平衡按API/ISO实施。
4先进制造技术与管理
为适应全球化竞争与合作，世界泵业都在发展自已的技术优势，扩大产品范围以适应世界大市场的多样性、个性化需求。产品在满足功能要求的同时，毫无疑问应充分满足严格的安全性、可靠性和生态环保要求。先进制造技术是产品先进的主题。磁传动泵的先驱者HMD三年前推出了长远生产方式和完全的研究计划，最后重新设计它的装配设备。投资100万英镑来扩充HMD的产品能力，又花费70万用于新的高速加工系统，购买了6套加工中心。然而不单是用先进的机器来增加产量，重要的是建立挠性加工，减少循环时间。以往扭矩圈要围绕工厂传送540m，在制造链上要花费8~9周时间，今天，制造是家庭式的组织，许多机器均连于公司的CAD/CAM系统，工程师根据用户迅速对标准件做出创造性改革，直接上载到加工中心。同一扭矩圈运行30m，***上仅需要花2天时间。由于快速制造，材料泵可以很迅速交货，某种情况下少许3天。按他们的话说“竞争优势将使我们代入下世纪，开创更多商机”。[1]先进的产品来自先进的设计与严格的试验，3D设计与模拟，无***纸加工，虚拟制造、快速成形都在进行。高强度合金材料的冶金学试验制作，泵体、叶轮及隔离套受强腐蚀作用确保长寿命：非磨损的SiC轴泵的冷却系统在化学过程工业中进行广泛的试验，包括高的系统压力345bar，自吸和热套设计。每一部件、组件和系统都周密地检查和评定。HMD认为制造与需求的原则是：超前战略性原材料；发展关键的供应关系；通过组织制造循环，减少制造周期；减少排队，加速进程。笔者在网上查询了20几家著名的磁传动公司，发现他们在世界各地均有子公司及销售网。质量设计和制造由全世界技术精湛的泵发行者来决定，才能对市场战略性地迅速作出反应。服务包括解答用户遇到的应用问题，泵的选择，特种泵专门设计，每天24小时为用户技术咨询。21世纪制造技术不但将继续制造常轨条件下运行的机器与设备，而且将制造出极端环境下运行的机械设备。21世纪制造的产品应是符合生态环保，与人友好的绿色产品，磁力传动技术正是适应这一发展态势，让我们借鉴国外先进经验推动这一技术的发展吧！
参考文献
[1]HMDSeamless.PumpManufacture,atMaximumVelocity[J].WorldPumps,1999,(7):33-36.
永磁传动技术论文篇（2）
目前，实现调速的方法主要有变频调速、液耦调速以及永磁调速等方法。变频调速是目前应用最广，技术相对成熟的调速技术；永磁调速是一种透过气隙传递转矩的“***性”传动技术，因其高效节能、简单可靠、震动噪音小等诸多优点，在调速领域的应用也越来越广；而液耦调速由于调节精度低、调速范围有限、低速转差损耗大、控制精度低、线性度差、响应慢、容易漏液等原因，其运用正在逐步减少。
本文主要针对永磁调速和变频调速两种调节方式，从技术和经济两方面进行了比较和分析。
1 永磁调速和变频调速的基本原理
永磁调速是一种透过气隙传递转矩的传动技术。它以现代磁学为基本理论基础，通过调节永磁体和导体之间的气隙或耦合面积，来改变负载端的输出转矩，从而实现控制负载端流量或压力的变化。 永磁调速装置主要由导体转子、永磁转子和控制器三部分组成。导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间无机械连接，电机旋转时带动导体转子旋转，切割磁力线产生涡电流，该涡电流在导体转子上产生感应磁场，使导体转子与永磁转子间互相拉动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。永磁调速的特点是电机转速基本不变，当负载端的控制信号（如压力、流量等）变化后，由执行器对信号进行识别和转换，通过调节导体转子与永磁转子之间空气间隙的大小，来改变负载端功率的输出。
***1 永磁调速驱动器示意***
变频调速的基本原理为：异步感应电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机极对数p三个参数有如下线性关系：
n = 60f （ 1 - s ） / p。
改变其中任何一个参数都可以实现转速的改变。变频器是通过改变电源频率f 的方式来改变电动机转速的。根据泵的相似定律，可知泵的功率与转速的三次方成正比，通过改变转速，轴功率会大大降低，从而实现节能。
2 永磁调速和变频调速的技术性比较
永磁调速和变频调速都是高效节能的调速技术，但是二者从原理、构造、使用维护以及对运行环境的适应能力等都有明显的差异。下面从安装、运行和检修维护三方面对两种调速技术进行了对比分析：
永磁调速和变频调速技术性比较
项目 永磁调速 变频器调速
工作原理 无机械连接，气隙传递扭矩 电子变频率
安装 安装难度 容易 难
轴系找中 电机轴和泵轴之间无机械连接，
轴系找中要求低 电机轴和泵轴之间机械刚性连接，轴系找中要求高
附属厂房及设 备安装工作量 除了两轴之间永磁装置和永磁 执行器之外无其他附件，安装工 作简易 由于变频器电气元件对环境要 求很高，整套变频系统除了变 频设备和连接电缆之外，需要 设置单独的带空调设备的变频 器室，来确保变频器安全稳定 运行，所以附属房间和设备的工作量很大。
运行 效率 96%～99% 98%以上（进口），96%（国产）
输入电压敏感 无电气元件，对输入电压要求很 低 对输入的电压敏感，不同电压 等级的变频器设置不同，电压等级越高，设置越复杂。
过载保护 通过滑差来实现过载保护 过流保护
系统减震 由于轴系之间无机械刚性连接， 且泵在最佳工况下运行，可以有效地降低震动。 由于变频器只是对电机进行控 制，泵与电机之间还是传统的
机械连接
运行环境要求 可适用于室外、高粉尘、矿井、
轮船等恶劣环境 需要防雷，空调，防尘，对环境
要求很高
能频繁启停 是 否
响应速度 较慢 快
调节精度 较高 很高
增加轴承油封
和系统寿命 是 否
软启动 空载启动 低频启动
输入功率因数 同电机 低于电机
电力谐波 无 较高
使用寿命 25 年以上 10 年左右
维护 与检 修 故障查找难度 容易 较难
故障点数量 最少 较多
轴承油封更换 频率 极低 高
维护难易度 只需要钳工对永磁机械设备进 行维护，操作简单，维护检修时 间短，人员要求低。 需要电气专业工程师对变频设 备进行检查，由于变频器电气 元件和设备复杂，所需人员要
求和时间也较高。
通过对比可以看出，永磁调速技术在效率、调节精度和响应速度三个方
面略比变频差，其余方面都是要比变频调速有优势。
3 永磁调速和变频调速的经济对比
以某发电厂每台机组配两台50%的凝结水泵，对两种调速方式在造价、安装调试、运营和维护费用进行经济性比较，见下表：
凝结水泵永磁调速和变频调速经济对比
项目 永磁调速 变频器调速
凝结水泵 扬程300mH2O，流量600m3/h， 电机功率650kW，电压等级6kV
造价 调速器价格 进口设备：108 万元/台 进口设备：130 万元/台
材料配件 1万元 8万元（变频电缆5万元，制冷空调3万元）
数量 2 1
附属厂房造价 无附属厂房 变频室（4*9M）：10.8万元
小计
217万元 进口设备：148.8万元
运营成本 纯机械结构 制冷系统年耗能（5.6%）：12.74万元/年
维护成本 油脂等维护：0.2万元/年 模块损坏更换等1万元/年
由于变频器使用年限只有10年，在第11年和第21年的时候必须重新购置新变频器，设备安装调试费率按照10%，贴现率按照8%，那么在工程建设初期进口设备投资费用为148.8×1.1+52.8÷1.0811+52.8÷1.0821=259万元。
永磁一次安装可以使用30年，由于永磁调速安装调试简单，设备安装调试费率按照1%，那么在工程建设初期设备投资费用为217×1.01=219万元。
总体来说， 无论从初投资还是后续运营及维护，凝结水泵采用永磁较进口变频调速造价要经济。
永磁传动技术论文篇（3）
一、概述
从70年代后期到80年代初期，随着微处理技术，大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展，其性能价格比的日益提高，交流伺服技术－交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。 目前 ，高性能的伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电机，永磁同步电机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能并可实现弱磁高速控制，能快速、准确定位的控制驱动器组成的全数字位置伺服系统。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力 电子 器件的进一步发展，加上永磁电机 研究 开发经验的逐步成熟，经大力推广和 应用 已有研究成果，其在 工业 生产领域中的领域也越来越广泛，正向大功率化（高转速、高转矩）、高功能化和微型化方面发展。
二、永磁同步电机伺服系统的基本结构
永磁同步电机伺服系统除电机外，系统主要包括驱动单元、位置控制系统、速度控制器、转矩和电流控制器、位置反馈单元、电流反馈单元、通讯接口单元等。
1．永磁式交流同步伺服电机。永磁同步电机永磁式同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特点。和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等需要更多维护给应用带来不便的缺点。相对异步电动机而言则比较简单，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好，但存在最大转矩受永磁体去磁约束，抗震能力差，高转速受限制，功率较小，成本高和起动困难等缺点。与普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。
2．驱动单元。驱动单元采用三相全桥自控整流，三相正弦pwm电压型逆变器变频的ac-dc-ac结构。设有软启动电路和能耗泄放电路可避免上电时出现过大的瞬时电流以及电机制动时产生很高的泵升电压。逆变部分采用集驱动电路，保护电路和功率开关于一体的智能功率模块(ipm)。
3．控制单元。控制单元是整个交流伺服系统的核心, 实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制器。具有快速的数据处理能力的数字信号处理器(dsp)被广泛应用于交流伺服系统，集成了丰富的用于电机控制的专用集成电路，如a/d转换器、pwm发生器、定时计数器电路、异步通讯电路、can总线收发器以及高速的可编程静态ram和大容量的程序存储器等。
4．位置控制系统。对于不同的信号，位置控制系统所表现出的特性是不同的。典型的输入信号有三种形式:位置输入（位置阶跃输入）、速度输入（斜坡输入）以及加速度输入（抛物线输入）。位置传感器一般采用高分辨率的旋转变压器、光电编码器、磁编码器等元件。旋转变压器输出两相正交波形，能输出转子的绝对位置，但其解码电路复杂，价格昂贵。磁编码器是实现数字反馈控制性价比较高的器件，还可以依靠磁极变化检测位置，目前正处于研究阶段，其分辨率较低。
5．接口通讯单元。接口包括键盘/显示、控制i/o接口、串行通信等。伺服单元内部及对外的i/o接口电路中，有许多数字信号需要隔离。这些数字信号代表的信息不同，更新速度也不同。
三、对当前两种不同的永磁同步电机伺服系统的分析
由于转子磁钢的几何形状不同，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形就有两种：一种为正弦波；另一种为梯形波。这样就造成同步电动机在原理、模型及控制 方法 上有所不同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机（pmsm）调速系统；而由梯形波（方波）永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机（bldcm）调速系统。
pmsm不需要励磁电流，在逆变器供电的情况下不需要阻尼绕组，效率和功率因素都比较高，体积也较同容量的异步机小。pmsm通常采用矢量控制和直接转矩两种控制方式。矢量控制借助与坐标变换，将实际的三相电流变换成等效的力矩电流分量和励磁电流分量，以实现电机的解耦控制，控制概念明确；而直接转矩控制技术采用定子磁场定向，借助于离散的两点是调节，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能，其控制简单，转矩响应迅速。pmsm的矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的速度和位置控制，但是它的传感器则给调速系统带来了诸如成本较高、抗干扰性和可靠性不强、电动机的轴向尺寸较长等缺陷。另外，pmsm转子磁路结构不同，则电动机的运行特性、控制系统等也不同。根据永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电动机主要可分为：表面式和内置式。在表面式永磁同步电动机中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，这种电机的重要特点是直、交轴的主电感相等；而内置式永磁同步电机的永磁于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。这种永磁电机的重要特点是直、交轴的主电感不相等。
bldcm组成的伺服系统具有转速平滑，响应快，易于控制等特点，但若按照常规的控制 方法 ，其转速直接与电压相关，易受电源波动和负载波动的 影响 。bldcm类似于pmsm转子上也有永磁磁极，定子电枢需要交变电流以产生恒定转矩，其主要区别是前者的反电势为梯形波，而后者的反电势为正弦波。但由于电磁惯性，bldcm的定子电流实际上为梯形波，而无法产生方波电流，并由集中绕组供电，所以bldcm较pmsm脉动力矩大。在高精度伺服驱动中，pmsm有较大竞争力。另一方面，pmsm单位电流产生的力矩较bldcm单位电流产生的力矩小。在驱动同容量的电动机时，pmsm所需逆变器容量大并且需要控制电流为正弦波，开关损耗也大很多。
pmsm的交轴电抗和直轴电抗随电机磁路饱和等因素而变化，从而影响输出力矩的磁阻力矩分量。pmsm对参数的变化较bldcm敏感，但当pmsm工作于电流控制方式时，磁阻转矩很小，其矢量控制系统对参数变化的敏感性与bldcm基本相同。当电机转速较高，无刷直流电机反电势与直流母线电压相同时，反电势限制了定子电流。而永磁同步电机能够采用弱磁控制，因此具有较大的调速范围。
四、永磁同步电机伺服系统的国内外 发展 现状
早期对永磁同步电机的 研究 主要为固定频率供电的永磁同步电机运行特性的研究，特别是稳态特性和直接起动性能的研究。v.b.honsinger和m.a.rahman等人对永磁同步电机的直接起动方面做了大量的研究工作。在上个世纪八十年代国外开始对逆变器供电的永磁同步电机进行了深入的研究，其供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但多数情况下无阻尼绕组。并在该时期发表了大量的有关永磁同步电机数学模型、稳态特性、动态特性的研究论文。a.v.gumaste等研究了电压型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性及电流型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性。
随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高，g.r.slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了 现代 永磁同步电机的设计方法。可设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电机。
近年来微型 计算 机技术的发展，永磁同步电动机矢量控制系统的全数字控制也取得了很大的发展。d.naunin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制系统，采用了十六位单片机8097作为控制计算机，实现了高精度、高动态响应的全数字控制。八十年代末，九十年代初b.k.bose等发表了大量关于永磁同步电动机矢量控制系统全数字控制的论文。
九十年代初期，r.b.sepe首次在转速控制器中采用自校正控制。早期自适应控制主要 应用 于直流电机调速系统。刘天华等也将鲁棒控制 理论 应用于永磁同步电机伺服驱动。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能，n.matsui，j.h.lang等人将自适应控制技术应用于永磁同步电机调速系统。仿真和实验结果表明，自适应控制技术能够使调速系统在电机参数发生变化时保持良好的性能。滑模变结构控制 由于其特殊的“切换”控制方式与电机调速系统中逆变器的“开关”模式相似，并且具有良好的鲁棒控制特性，因此，在电机控制领域有广阔的应用前景。
随着人工智能技术的发展，智能控制已成为现代控制领域中的一个重要分支，电气传动控制系统中运用智能控制技术也已成为 目前 电气传动控制的主要发展方向，并且将带来电气传动技术的新纪元。目前，实现智能控制的有效途径有三条：基于人工智能的专家系统（expertsystem）;基于模糊集合理论（fuzzylogic）的模糊控制；基于人工神经 网络 （artificialneuralnetwork）的神经控制。b.k.bose等人从八十年代后期一直致力于人工智能技术在电气传动领域的应用，并取得了可喜的研究成果。
【 参考 文献 】
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[2]高性能交流永磁同步电机伺服系统现状[j]．自动化控制系统，2007．
永磁传动技术论文篇（4）
1960年，程明出生于江淮中部平原一户普通人家。童年及求学期间遭遇了的他，回忆过去，深有感触地说，那段经历留给他的已不再是让人不堪的痛苦，而是一笔宝贵的精神财富，因为那段困难的时期，造就了他坚强、执著的品质，培养了他改变自我命运、改变民族命运的强烈责任感。
苦心钻研方成学术翘楚
他的声音从电话那端传来，浑厚中透着儒雅谦逊的学者之气。
他，从事电机系统及控制等领域的科研工作超过25年，在国际上正式提出了“定子永磁型电机”这一概念，并逐渐为国际电机界所接受。近年来他对风力发电技术进行了较为深入的研究，取得了多项创新成果。在电动车驱动控制领域，他开拓了电动车用永磁电机驱动系统的新领域，将定子永磁电机应用于电动车驱动，提出了混合动力汽车用新型电子无级调速系统等。
众多亮点――科研先锋填补业界空白
上世纪90年代以来，国际上出现了双凸极永磁电机、磁通切换永磁电机、磁通反向永磁电机等三大类新型永磁电机，其特点均为将永磁体与电枢绕组置于定子，转子既无永磁体也无绕组，具有一系列优点。
程明教授在国内最早开展该类新型永磁电机驱动系统的研究，先后承担了近10项国家自然科学基金项目、***博士点基金、江苏省高技术研究项目等，对该类电机的拓扑结构、分析设计理论、控制策略与控制方法等进行了系统深入的研究，在国际上正式提出了“定子永磁型电机”这一概念，并逐渐为国际电机界所接受。在国内外120余篇（SCI收录40多篇），获授权发明专利15项，研究成果“定子励磁型无刷电机及控制系统的理论与应用”于2012年通过成果鉴定，以著名电机与电力电子专家马伟明院士为主任委员的鉴定委员会认为：该项成果“推动了定子励磁型无刷电机新分支的建立，丰富和发展了电机理论”、“研究成果整体上达到国际先进水平，其中***调磁和非线性变网络等设计与分析理论、转矩脉动抑制与容错控制策略处于国际领先地位”。相关成果还曾获2005年江苏省科技进步奖二等奖和2009年IET Premium Award in Electric Power Application。
在新型永磁电机驱动系统研究领域，程明提出了励磁系统置于定子的多种新型无刷结构，揭示了定子励磁型无刷电机的能量转换机理：创建了定子励磁型无刷电机系统的通用设计理论，并针对性地提出了多种适合不同领域的新型设计方法：基于自整定模糊PI控制、磁场重构、实时效率优化等先进控制策略，建立了定子励磁型无刷电机系统的控制理论：提出了转矩脉动抑制新方法：提出了定子永磁电机驱动系统的冗余结构与容错控制策略以及奠定了“定子永磁型”电机驱动系统的概念与内涵。
科技创新――瞄准风力发电御风飞翔
我国风力发电的发展潜力巨大，但近两年行业发展却陷入了低潮。这是因为过去几年我国风力发电行业发展过猛，在***策和资本的诸多“利好”形势之下，大批资本相继涌入了风电制造业，国内风机制造厂商在数量上亦是翻倍增长，由此导致了行业门槛没有规范、产能过剩、产品质量参差不齐等问题。
程明教授表示，我国风电产业发展太快了并不完全是件好事，由于发展太快，很多问题还没来得及认识，没有及时得到解决就上了大批量，若干年后风电设备将逐渐暴露出大量积累的问题。由此，他建议风电产业的发展和进步不应盲目追求风电机组的装机容量，而应从我国各地区风场风资源的优劣、当地电力需求以及电网输配电能力状况、风机性能以及发展通盘规划，有序调控、全面协调、均衡平稳地发展。
近年来，程明教授对风力发电技术进行了较为深入的研究，包括基础研究、技术开发、成果转化等。承担了国家“863”项目“电气无级变速双功率流风力发电机组关键技术研究”、国家自然科学基金重点项目“混合磁路发电机与电动机驱动控制技术研究”和“定子永磁型风力发电系统关键基础问题”、国家自然科学基金项目“电气无级变速双功率流风力发电系统的关键基础问题”、江苏省高技术研究项目“双凸极永磁风力发电机及分布式风力发电系统研究”、江苏省科技成果转化资金项目“应用于风力发电的MW级双凸极无刷直流发电机及配套设备的开发及其产业化”、江苏省创新学者攀登项目“新型自增速永磁风力发电系统及控制”等课题10多项，取得了多项创新成果。例如，他提出了电气无级变速风力发电新思路，提出了一种基于磁齿轮原理的风力发电机拓扑结构，建立了双凸极永磁/混合励磁风力发电系统的理论与技术，提出了风力发电系统的多种控制策略与技术，提出了新型变桨控制策略与算法以及完善与提出了电力电子功率变换器控制新技术。
高瞻远瞩――助力电动汽车技术升级
新能源汽车是汽车工业发展的必然趋势，这一点，早已成为人们的共识。新能源汽车的发展方向有多种，但从技术发展成熟程度和中国国情来看，纯电动汽车应是大力推广的发展方向，它省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统，相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统，电动机和控制器的成本更低，且纯电动车能量转换效率更高。且由于对环境影响相对传统汽车较小，电动汽车的前景被广泛看好。但近年来，它在我国的发展却遭遇了诸多不顺，一是因为国家投入跟不上产业发展需求，二是行业基础设施建设相对落后。程明教授表示，电动汽车行业要想取得质的突破，一要靠国家***策的支持，二要靠坚实的技术积累，三要靠商业模式的创新。
基于电机驱动系统的专业背景，在电动车驱动控制领域，程明教授提出了用于电动汽车的双凸极混合励磁/电励磁电机传动系统及控制技术、提出了基于双定子永磁电机的混合动力汽车ECVT系统以及提出了一种新型电压泵升多电平逆变器等。
他还承担了***留学回国人员科研启动基金项目“电动车用新型双凸极无刷电机驱动系统研究”，国家自然科学基金项目“电动车用新型双凸极电机驱动系统及其智能控制”，国家自然科学基金重点项目“混合磁路发电机及电动机驱动控制技术研究”，江苏省“六大人才高峰”资助项目“电动车用混合励磁双凸极电机及控制系统研究”，国家自然科学基金海外与港澳青年学者合作研究基金项目“新型电机与特种电机”，江苏省科技支撑计划项目“新型混合动力汽车用电子无级调速系统研发”、“车用新型定子永磁电机系统产业化集成技术研究”、“电动车用新型双定子无刷双馈电机”，江苏省产学研联合创新项目“电动车用高效永磁电机系统的关键技术研究”等。
与此同时，程明教授还引领了国内电动汽车的教学研究，在国内较早开设了本科生课程“现代电动汽车技术”和研究生课程“电动汽车的新型驱动技术”，编著了《电动车新型驱动技术》一书。获国际汽车工程师学会（SAE）2006年度“环保交通卓越成就奖”（2006 SAE Environmental Excel lence in Transportation Award-Education，Training and Publ ic Awareness）、2007年度通用汽车中国高校汽车领域创新人才奖等；应美国Springer出版社邀请参编《Encyclopedia of Sustainability Science and Technology》，负责编写“Electric propulsion：vehicle tractionmotors”；应英国John Wiley&Sons，Ltd出版公司邀请参编《Encyclopedia of Automotive Engineering》，负责编写“General requirement of traction motordrives”和“EVT and E-CVT for full hybrid electric vehicles”，并担任Part 3 Hybrid and Electric Powertrains的共同主编（co-Editor），将于2013年出版。
身兼数职当为业界楷模
与众多的学术成果和长长的获奖记录相比，桃李满园的成绩更令他感到自豪。
他不仅仅是学者，也是教授、博导、东南大学风力发电研究中心主任、盐城新能源汽车研究院常务副院长。每一个角色都有其特殊的职责，也就意味着在有限的时间里，需要付出更多的劳动。
将威士诚 魄力头雁心系团队发展
我国是一个能源消耗大国，高效、绿色、可再生的风能是我国未来能源建设的发展方向之一。我国风力发电的发展潜力巨大，但风电技术的研究和产业的发展尚处于起步阶段，这为东南大学电气工程学院的科研人员提供了施展才能的巨大舞台。
东南大学风力发电研究中心是一个集东南大学电气工程、热能动力工程、机械工程、土木工程、材料科学与技术等优势学科而成的跨学科研究中心，由电气工程学院程明教授领衔担当主任，致力于整合和壮大东南大学相关学科的研究力量，针对国家风电产业的发展规划，利用江苏省风能资源丰富的优势，在风力发电的各个相关方面开展深入的研究，力争研制开发出具有自主知识产权的技术与产品，为江苏省以及全国风力发电产业化提供技术支撑。
身为主任，程明教授非常注重团队建设。为了带领团队整体水平的提高，他充分发挥人才优势，发挥每个成员的潜质和潜能，调动全员的主观能动性和积极性，建立培养人才的科学体系。他的管理经验是“要容得下年轻人”，兼顾每个人不同的个性，了解他们不同的发展需求，放手让年轻人去做事，比如，他将一些重要研究课分设若干子课题，让年轻老师负责。另外，他还积极鼓励和支持年轻教师***申请和承担研究课题，以培养他们独当一面的能力。目前，其团队主要成员均主持承担了国家自然科学基金等重要课题。
他所带领的东南大学风力发电研究中心近年来承担了包括国家高技术研究与发展计划（“863”）、国家自然科学基金重点项目等在内的各类研究课题20多项，在国内外核心期刊重要国际学术会议近百篇，申请专利40多项。科研并非闭门造车。程明教授积极倡导进行国际交流与科技合作。中心与美国威斯康星一麦迪逊大学、美国俄亥俄州立大学、丹麦澳尔堡大学、英国谢菲尔德大学、香港大学、加拿大魁北克大学等建立了长期稳定的合作关系，开展合作研究和人才培养，联合培养博士研究生10多名。
永磁传动技术论文篇（5）
中***分类号：TH132.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0093-03
在机械工程领域，机械传动技术是机械工程技术的重要组成部分，在一定程度上标志着机械工程技术的水平。为适应这一趋势，人们一般从以下方面对齿轮及蜗杆传动展开新的研究工作。一、应用现代材料科学技术，研究开发齿轮及蜗轮新材料；二、采用先进制造技术，不断完善高性能齿轮及蜗轮蜗杆齿廓成型技术，提高加工精度；三、运用计算机辅助设计技术，对齿轮及蜗轮蜗杆传动进行齿廓优化、参数优化及机构优化。
随着电子、信息和控制等技术向机械工程领域的不断渗透，传统的机械传动系统也发生了很大变化，跨越旧的机构组成概念，实现机电和控制有机结合的新型复合传动机构已成为机械科学领域的国际性前沿课题。机电集成超环面传动是一种集电、机、控制于一体的新型传动机构。
超环面机电传动系统机构由行星轮、环面蜗杆、环面定子和行星架组成。由于在结构上它具有蜗杆上一个外环面和定子上一个内环面两个环面，所以称其为超环面。同时，由于它是由电磁力替代了超环面行星蜗杆传动机构中的接触啮合力，所以称其为超环面机电传动机构。蜗杆环面上均匀分布螺旋槽，槽内安放电磁线圈，行星轮圆周上均匀安放弧形永磁体，环面定子内环面上均匀安置螺旋形永磁体。
与现有的超环面行星传动相比，它不仅具有环面蜗杆传动震动小、啮合齿数多、结构紧凑、体积小、重量轻、承载力高、传动功率及传动比范围广和传动效率高的优点，它在工作时，是用磁场力替代啮合力，具有无啮合、无和效率高等优点。超环面行星蜗杆传动机构在工作时需要配带电动机，而超环面机电传动机构不需要配带电动机。
在超环面行星蜗杆传动的加工制造方面，国内外的专家、学者一直在进行着不停的研究和探索。我国武汉水运工程学院陈定方教授、哈尔滨工业大学姚立纲博士都对该种传动的制造加工进行了深入的研究。燕山大学许立忠教授于1999年制成国内首台滚锥齿超环面传动试验样机，进行了台架实验，并取得良好的试验效果[6]，之后又对滚锥齿超环面行星蜗杆传动进行了优化设计，有效的减小了样机的体积和质量[7]。
实践证明， 超环面机电传动机构有着其他机构所不具备的很多优点。随着永磁传动技术的快速发展，用磁力线啮合代替机械啮合成为解决摩擦损耗的一个新思路。在实际的加工生产过程中，电动机可以有效的将电能转化为机械能，通常也作为驱动的目的使用，磁性是电动机工作的基础。
电动机是工业中的重负荷机器，有很多类型的电动机，每种类型的电动机都有自己各自的特征和优点。有些电动机是以恒定速度运行的，还有一些电动机会随着负载的增加，在速度上有一定的滑落，而另一些则会由于负载的原因使其速度大幅度降低。
如***1所示为超环面传动机构简***，该机构由定子0、行星轮1、中心蜗杆2和行星架3组成。也正是由于在结构上它具有蜗杆2上一个外环面和定子0上一个内环面两个环面的原因才称之为超环面传动。
中心蜗杆2环面上均匀分布螺旋槽，槽内安放电磁线圈，行星轮1圆周上均匀安置弧形永磁体，环形定子0内环面上均匀安置螺旋形永磁体。由电机学和永磁理论可知在工作的时候，中心蜗杆2由硅钢片叠加而成，外表缠有电磁线圈，接通三相交流电产生空间旋转电磁场，驱动行星轮自转和公转，定子处也有磁场力驱动行星轮公转。
永磁行星轮齿N、S极相间、均匀地嵌在行星轮的圆周上。螺旋定子由若干个钢材或者永磁体制成的空间螺旋梁组成。螺旋梁均匀的嵌在定子支架上，用于吸引行星轮齿沿轨迹运动。
由于该系统是传统意义上的驱动系统和减速增矩系统的集成，因此该传动机构结构紧凑，可以在很小的空间内传递很大的扭矩，特别适合于航空和航天等尖端技术领域以及坦克潜艇等重要***事领域。
超环面机电传动机构传动部分，如***2所示，主要包括电枢蜗杆、永磁行星轮、永磁定子及行星架等部件。超环面机电传动蜗杆由铁心和电枢组成，蜗杆结构为由开口的硅钢片叠加而成，以便于减少涡流损耗，硅钢片中间由一根芯轴固定，外面呈现超环面的内环面部分。开口按一定的规律在内环面上加工出电枢槽，用以安放电枢导线。
超环面机电传动系统是在超环面行星蜗杆传动的基础上，对各个组成零件进行机电组合而得到。行星轮仍然是该传动的中心构件，根据行星轮的结构及运动特点，行星轮结构采用永磁励磁方式，永磁励磁与电流励磁相比，不需要励磁电流，不设电枢导线，结构简单，使用方便，可靠性高，在一定范围内，可以具有比电磁式更小的体积和重量，从而减小整个传动机构的重量和体积。
超环面机电传动机构在行星轮圆周上安置永磁体，N、S极由隔磁材料隔开，齿数为偶数，形成永磁行星轮；为了能更好地控制输入转矩，蜗杆采用电流励磁方式，三相交流电枢均匀地嵌于蜗杆表面，通过控制三相交流电的频率和强弱，进而控制整个机构的转速和力矩，电枢的缠绕方式取决于需要的磁极数目和行星轮齿数，在整体结构上类似于电动机的定子结构；为了获得较大的输出力矩，定子也采用稀土永磁励磁，结构简单， 便于加工， 解决了超环面行星蜗杆传动定子加工难的问题。
在超环面机电传动机构中， 分别存在两个磁回路， 对应于蜗杆与行星轮啮合和定子与行星轮啮合， 从原理上来说蜗杆与行星轮啮合相当于电动机， 蜗杆线圈通电产生旋转磁场带动行星轮转动， 这样行星轮上磁极的磁力线通过气隙到达蜗杆旋转磁场磁极， 蜗杆由硅钢片叠加而成， 磁力线通过硅钢片到达蜗杆的另一磁极，经过气隙回到行星轮磁极， 经过行星轮体完成磁力线的闭合。
超环面机电传动系统的主要优点就是能实现系统的内部减速，可以实现较大的传动比。我们把系统的传动比定义为：输入的旋转电磁场的转速与输出轴转速之比[1]。超环面机电传动的传动比计算分成两种情况：环面定子固定和行星架固定。
磁齿轮的啮合与普通齿轮的啮合有根本的不同，普通齿轮啮合时，靠接触线或接触点，通过接触处材料的弹力传递机械力， 实现传动；而磁齿轮啮合实际上是两个磁极的正对面相互对齐，靠彼此之间的磁力作用传递运动。根据电磁理论，电枢合力方向为齿槽面的法线方向，可分解为三个相互垂直方向的作用力，使行星轮发生自转和公转，带动行星架转动， 实现运动的输出。
行星轮受力分析如***3示，中心蜗杆表面上均匀排布N 极、S 极间隔的稀土永磁体， 定子的内环面上也均匀排布N 极、S极间隔的螺旋形稀土永磁体。当中心蜗杆的电枢接通三相交流电时， 在其周围将产生旋转磁场，行星轮在蜗杆和环面定子两处将受到磁场力的共同作用，在这两处磁场力的共同作用之下， 行星轮将在自转的同时还绕中心蜗杆轴线公转，支撑行星轮的行星架将在行星轮的驱动之下作自转运动， 行星架的自转运动就是该机构的输出运动。
设行星轮轮齿在任一转角ψi处与中心蜗杆啮合， 即行星轮上一个永磁体与蜗杆旋转磁场在这个位置有磁场力作用。Fni表示此刻行星轮受到的磁场力，即法向力。Fai和Fti分别表示其轴向分力和切向分力。在超环面机电传动机构中， 行星轮上永磁体与蜗杆间气隙非常小，如果把行星轮上均匀分布的永磁体当量为一段通电导体， 这个当量通电导体可以近似认为与中心蜗杆电磁场平行。那么可以得到中心蜗杆与行星轮之间的磁力作用， 如***3所示的法向力Fni，即：
（1）
式中： Fni――中心蜗杆与行星轮之间的法向力N；
B――中心蜗杆旋转磁场与行星轮永磁体磁场的合磁场强度， T；
L――行星轮上均匀分布永磁体的有效长度，mm；
Id――行星轮永磁体磁场当量电流强度， A 。
切向分力Fti提供行星轮自转驱动力矩Ti， 轴向分力Fai驱动行星轮公转， 行星轮自转的同时要与定子啮合。定子上螺旋分布的永磁体与行星轮上均匀分布的永磁体产生磁力， 这个磁力与在蜗杆处受到的磁力一样， 可以分解为一个轴向分力F’ai和一个切向分力F’ti。F’ti施加行星轮自转阻力矩T’1。T1与T’1大小相等。
超环面机电传动机构中，行星架与所有行星轮中心轴连在一起，所有行星轮的公转力矩共同形成行星架的输出力矩。对于每一个行星轮，它的公转力矩分为两个部分，一部分是蜗杆处的轴向力对蜗杆中心轴形成的力矩，另外一部分是定子处的轴向力形成的力矩。这两部分力矩共同形成一个行星轮的公转力矩Tni。即：
（2）
式中，φ1――蜗杆啮合点处的位置角，rad；
ψ1 ――定子啮合点处的位置角，rad；
a――蜗杆与行星轮的中心距，mm。
超环面机电传动机构输出力矩具有以下特征：
1、输出力矩与行星轮个数m，合磁场强度B，永磁体当量电流强度Id，行星轮永磁体的有效长度L，行星轮半径R等因素成正比的关系。
2、当其他因素相同，改变行星轮齿数将改变啮合时中心蜗杆对行星轮包围的齿数，以及包围齿数突变点的位置。但是，输出力矩并不是随着行星轮齿数的增加而增加的，因为行星轮齿数的增加并不一定能增加行星轮与中心蜗杆的啮合。
杆上齿槽分布情况确定以后，线圈具体的缠绕方式可以参考电机绕组的缠绕方式。由于蜗杆布线槽形状比较复杂，为提高齿槽的利用率，使绕线嵌线方便， 蜗杆绕组一般采用单层型式、链式绕组。
根据环面蜗杆与行星轮的啮合情况，电枢分布有两种形式：行星轮齿完全啮合，和蜗杆齿完全啮合两种情况。无论采取何种啮合方式最终产生的电磁齿与行星轮的齿都存在一定的啮合关系。随着a/R的增加，蜗杆电枢和定子梁的螺旋角减小，行星轮与蜗杆之间的啮合齿数增加；随着极对数的增加，蜗杆电枢和定子梁的螺旋角增加，极对数越多啮合点也越多。
n=0时，表示行星轮和蜗杆全部完全啮合。螺旋角的表达式可以统一，根据超环面机电传动系统的正确啮合条件方程式，可知超环面机电传动必须满足以下表达式：
（3）
中心蜗杆的极对数是成对出现的，有一个N极就必然有一个S极与其对应。所以中心蜗杆的齿数可以用极对数p表示，即Z2=2p，p取自然数。所以当中心蜗杆每增加一对极，通过行星轮与之啮合的定子齿数就应增加两个。用Z0表示定子齿数，可得定子齿数与极对数存在如下关系：
（4）
其中，p为环面蜗杆极对数，λ0为环面定子的螺旋角，λ2为蜗杆齿槽螺旋角，N为包含0的正整数。
综上所述，可以得出tanλ2，tanλ0，p和Z1四者之间的关系，在实际计算过程中由于行星轮转角Φ1一直在变化，所以定子梁螺旋角和电枢螺旋角也一定随之变化，但是变化幅度很小，因此螺旋角通常取平均值代替。
机械传动在机械工程领域中占有重要的地位，随着机械工业的发展，越来越需要集成化的传动机构。本论文提出了一种新型复合传动机构―超环面机电传动机构，并对该机构从驱动机理、啮合分析、传动比分析及结构参数选择与设计等方面进行了研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的实用价值。
参考文献
永磁传动技术论文篇（6）
1 引言
近几年，国内外的研究将永磁同步电机无速度传感器控制方法分为三种。首先是基于电机理想模型的开环计算方法；其次是基于各种观测器模型的闭环算法；最后是以高频注入法为典型代表的基于电机非理想特性的算法。这些方法各有优缺点，适用的场合不同。目前理论研究热点主要集中在第二种。状态观测器法的实质是状态重构，这种方法具有稳定性好、鲁棒性强、适用面广的特点。本文采用了基于参考自适应（MARS）理论构造的永磁同步电动机无速度观测器基础上，运用滑模变结构控制理论设计了系统总体控制方案，论证出模型参考自适应滑模控制具有快速的响应和较强的鲁棒性。对永磁同步电动机无传感器控制的主要思想是提取可测量的物理量，然后再利用这些物理量通过适当的方式来估算转子的速度和位置，以实现电动机的闭环控制。
2 系统模型建立
为了建立永磁同步电动机的数学模型，首先进行一下假设：三相绕组完全对称；忽略了齿轮摩擦；不包括核心损耗。根据上面的假设，建立了永磁同步电动机的数学模型的d、q轴旋转坐标系方程如下：
从方程（2），可以知道控制永磁同步电动机的电磁转矩的控制从根本上取决于定制电流在d、q轴的分量。磁场定向控制（FOC）采用基于id=0，不仅由于其易执行性，与此同时，这种控制方法可以有效地抑制由电枢反应引起的退磁，并减少铜耗。对于永磁同步电动机控制，定子电流是***于转子磁通的，并且系统简单具有良好的转矩不变性能。由于id=0，磁转转矩与正交电流iq是成线性关系的，永磁同步电动机可以看做直流电机。在SPM***中，Ld=Lq=L，因此方程（1）和（2）可以写成
建立了磁场定向控制dq坐标系下。估计速度与给定素的相比，和差值通过PI控制器，然后可以计算出给定电流的转矩分量iq。通过调整转矩电流分量的误差PI控制器可以得出转矩电压uq。经过坐标变换后，电压信号SVPWM生成PWM控制信号，并驱动逆变桥。因此，双闭环矢量控制系统得以实现。
3 模型参考自适应系统（MRAS）方法
模型参考自适应控制系统的工作过程可以看成是参考模型与可调模型之间误差的调整过程。参考模型方程如下：
4 仿真模型及结果
***1为基于MRAS方法永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统。
给定的速度设定在1500rpm，电机为空载启动，在0.2后负载从0N*m增加到1N*m。仿真时间为0.4s。实际角度与估算角度比较***2所示。
从波形可以得出这样的结论：MRAS方法具有良好的精度，稳定状态的稳态误差小于10rpm，约为0.6%。从电动机启动到稳定状态需要0.03s。突然加负载之后需要0.15s回到稳定状态。响应迅速。
5 结语
本文采用了基于参考自适应（MARS）理论构造的永磁同步电动机无速度观测器基础上，运用滑模变结构控制理论设计了系统总体控制方案。通过MATLAB/SIMULINK进行仿真，实验表明，该控制方法提高了电机的转速跟踪性能，具有良好的鲁棒性。
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永磁传动技术论文篇（7）
中***分类号：TM315文章标识码：A 文章编号：1672-2310（2015）10-003-17
引文：在新型的环保能源中，风力发电是最清洁卫生、全球发展最快的可再生能源。风力发电的首要条件是需要高密度风力资源，而高密度的风能的采集又需要大直径的风力机，由于风速机的风速和风向具有多变和不稳定性，所以要想获得稳定的电压和电频，就得采用变速横频的控制技术。
一、直驱永磁风力发电系统的可靠性基本理论
直驱永磁发电机顾名思义是在传功链中不含有增速齿轮箱，众所周知，一般发电机要并网必须满足相位、幅频、周期同步。而我国电网频率为50hz，这就表示发电机要发出50hz的交流电。而电动机转速、磁极对数与频率有一定的关系，所以当极对数不变时，发电机的转速是一定的，所以一般双馈风机的发电机额定转速为1800r/min。而叶轮转速一般在十几转每分钟。这就需要在叶轮与发电机之间加入增速箱。永磁直驱发电机通过增加磁极对数从而使得电机的额定转速下降，这样就可以达到变速齿轮箱的作用，直接驱动电机转动，故名直驱。而齿轮箱是风力发电机组最容易出现故障的部件，所以，永磁直取的可靠性要高于双馈。风力发电机也在逐步的永磁化，采用永磁风力发电机，不仅可以提高大电机的效率，而且能在增大电机容量的同时，减少体积，而且由于发电机采用了永磁结构，省去了电刷和集电环风力机等容易损耗的机械部件，从而大大提高了系统的可靠性。这也是风力发电机的发展趋势。
二、提高永磁风力发电系统可靠性措施
1、选择技术、质量过硬的的系统元件，预防故障产生。在系统建立初期，选择合适的系统元件时，一定要选择质量合格的元件，以确保不会因元件质量问题对系统产生不必要的影响。并在建立完系统后对系统进行测试，尽早的排除可能会出现的故障，这些都是预防故障产生的基本手段。
2、周期性对系统元件进行保养维护，减小故障产生机率。系统元件在发电系统的正常运行以后，存在一定的机械磨损，因此在对系统进行检测时，除诊断系统故障之外，通过对系统元件进行功能的检测，如果发现系统元件磨损过多，造成元件功能下降时，可对元件进行保养维护，或对其进行更换，避免因元件的问题造成系统的瘫痪。
3、要保证系统的故障容错能力，确保系统在出现问题时，有可用的元件进行代替。要做到这一点，可以重点对以下几个方面进行重点对待：
（1）对系统分区，当一个部分的系统出现问题故障时，另一部分不受其影响，可以正常工作，等问题区域重新恢复正常时，可不必再重新启动系统。
（2）要及时的检测到系统故障。故障出现的时候，因为有元件的代替，所以有时候很可能很快就恢复正常，这就要求在出现故障时要及时发现并更换代替元件，使系统有更高的可靠性。
4、对于已经出现的系统故障，在替换系统元件时，要保证只需要更换简单的系统元件就可使系统重新工作，并不需要把整个系统重新换掉，也就是说，系统中要有***存在的运行能力。
三、风力发电机系统中容易出现的故障
1、电网故障。电网故障一般可以分为两种：第一，电网三相短路，造成电网的电压相位突变。第二，电网单相、双相短路，造成的三相电压不稳。
2、风力发电机故障。电机由于负荷连续不断的变化引起热循环不良损坏绝缘，因此电机绕组故障时电机本体故障的主要表现形式，另外永磁体由于长期处在高温的运行环境中，容易退磁造成电机故障。区别于以上技术性故障，风力发电机还由于长期运行的机械损伤需要更换桨叶、拆卸，保养，或者重新安装。当风轮转速明显降低时候需要更换轴承以及叶片。3、功率变流器故障。功率变流器是风力发电系统中的核心部件，也是脆弱的环节。在风力发电系统长期运行中伴随着电力电子器件开路短路、直流链电容故障等形式的故障
四、提高直驱风力发电机系统的可靠性技术
1、提高风力发电机组的故障诊断技术。风力发电时，由于工况比较特殊，因此容易出现很多不同形式的故障，这些故障有的可以很容易被辨别，而有的则极难被识别，如果不能及时诊断出故障，就容易使发电系统瘫痪，因此，这就要求我们提高检测故障的技术，来提前避免此类现象的发生。提高检测技术可以从两方面入手：第一，提高专门检测硬件设施的技术。第二，提高专门检测软件设施的技术。
2、提高电机冷却技术。电机冷却有助于减少电机的消磁现象，因此提高电机冷却技术的研究是可行的，其方法主要有以下两种：
第一，蒸发冷却技术。蒸发冷却技术是为了提高电机的热负荷率，其冷却技术在最初主要是用于汽轮发电机和水轮发电机，通过研究，也可以运用于大型风力发电机中。但由于目前技术还不够完善，因此还需要对这一技术进行提高。
第二，高温超导技术。高温超导技术主要是指在电机运行中，利用一定量的高温超导线材对电机进行温度引导，电机温度降温到一定程度时，金属的电阻会突然消失变为零。这种高温超导技术可以使传统电机的损耗减少很大一部分，有利于发电机的正常工作。
3、保证直驱永磁风力发电系统的低电压穿越技术。风资源具有不稳定性，因此其风电组本身也经常会产生不稳定情况，这就要求我们提高风电并入电网后，让其电网的电压保持一定的数据频率，使其电压持续保持稳定。同时，在直驱永磁风力发电系统中，由于变流器的热容量是有限的，所以就必须对输入的电流量加以控制，使其不要过大或过小，以保证直驱永磁风力发电系统的低电压。
4、优化直驱永磁风力发电系统并网运行控制策略。在风电场并网母线配置储能系统，设计出先进的闭环控制器，平抑风电场输出的功率波动，使得风力发电系统输出的电能动态性能良好，并网稳定运行。
结语：风力发电是技能环保发电的一个重要途径，在我国，利用大型直驱永磁风力发电系统发电的技术虽然还处于摸索探索阶段，但已经初步有了一定的经验，并在逐步完善发电系统。通过本文的简略介绍永磁风力发电系统，可发现其发展已经逐渐向多种结构形式的技术方向做延伸，并努力使制造工艺模块化，使发电技术智能化，以求尽量满足人们的用电需求。
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永磁传动技术论文篇（8）
1引言
磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或二维超细纤维（丝）或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时，其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能，有着极高的活性，潜在极大的原能能量，这就是“量变到质变”。纳米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应、特异的表观磁性等。
2纳米磁性材料的研究概况
纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。
2.1纳米颗粒型
磁存储介质材料：近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善***像质量。
纳米磁记录介质：如合金磁粉的尺寸在80nm，钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm，今后进一步提高密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。
磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“o”形环，且没有磨损，可以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等等。
纳米磁性药物：磁性***技术在国内外的研究领域在拓宽，如***癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶附近，这样能加强药物***作用。
电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。
2.2纳米微晶型
纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性能也在不断提高，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50mgoe，接近理论值64mgoe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如钐铁氮、钕铁氮等化合物。另一方面，开发研制复合稀土永磁材料，将软磁相与永磁相在纳米尺寸内进行复合，就可获得高饱和磁化强度和高矫顽力的新型永磁材料。
纳米微晶稀土软磁材料：在1988年，首先发现在铁基非晶的基体中加入少量的铜和稀土，经适当温度晶化退火后，获得一种性能优异的具有超细晶粒（直径约10nm）软磁合金，后被称为纳米晶软磁合金。纳米晶磁性材料可开发成各种各样的磁性器，应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、开关电源变压器、滤波器、漏电保护器、互感器及传感器等，可取得令人满意的经济效益。
2.3磁微电子结构材料
巨磁电阻材料：将纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中，构成两相组织的纳米颗粒薄膜，这种薄膜最大特点是电阻率高，称为巨磁电阻效应材料，在100mhz以上的超高频段显示出优良的软磁特性。由于巨磁电阻效应大，可便器件小型化、廉价，可作成各种传感器件，例如，测量位移、角度，数控机床、汽车测速，旋转编码器，微弱磁场探测器（squids）等
磁性薄膜变压器：个人电脑和手机的小型化，必须采用高频开关电源，并且工作频率越来越高，逐步提高到1～2mhz或更高。要想使高频开关电源进一步向轻薄小方向发展，立体的三维结构铁芯已经不能满足要求，只有向低维的平面结构发展，才能使高度更薄、长度更短、体积更小。对于10～25w小功率开关电源，将采用印刷铁芯和磁性薄膜铁芯。几个微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三维立体结构，而是二维平面结构，其物理特性也与原来的立体结构不同，可以获得前所未有的高性能和综合性能。
磁光存储器：当前只读和一次刻录式的光盘已经广泛应用，但是可重复写、擦的光盘还没有产业化生产。最具有发展前途的是磁性材料介质的磁光存储器，其可以像磁盘一样反复多次地重复记录。目前大量使用的软磁盘，由于材料介质和记录磁头的局限性，其存储密度已经达到极限；另外其已经不能满足信息技术的发展要求，无法在一张盘上存储更多的***象和数据。采用磁光盘存储，就能在一张盘上记录数千兆字节到数十千兆字节的容量，并且能反复地擦写使用。
3展望
纳米技术是本世纪前20年的主导技术,纳米材料是纳米技术的核心,是21世纪最有前途的材料,也是纳米技术的应用基础之一。纳米科技的发展给传统磁性产业带来了跨越式发展的重大机遇和挑战,纳米级磁性材料的开发和研究是磁性材料发展的一个必然方向,但同时也应重视用纳米技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性方面的研究,以全面提高企业的技术水平和竞争能力,在世界民族之林树立中华民族的大旗。
参考文献
［1］王瑞金.磁流体技术的应用与发展［j］.新技术新工艺,2001,(10):15-18.
永磁传动技术论文篇（9）
关键词： 矢量控制；无迹卡尔曼滤波；无传感器技术
Key words： vector control；unscented Kalman filter；no-sensor technology
中***分类号：TP181 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）04-0111-04
0 引言
永磁同步电机的数学模型具有非线性，强耦合，多变量等特点，要实现对永磁同步电机的控制常用到的控制策略有恒压恒频，直接转矩和矢量控制三大控制策略。但是相比其它两大控制策略，矢量控制系统具有可以实现电流励磁分量和转矩分量的解耦，而且转矩和磁链的变化平稳，使得电流闭环可以有效地限制起、制动电流[1]等优点，从而使得矢量控制的应用十分广泛。
众所周知，对直流电机的控制相比交流电机是很容易的，矢量控制系统的核心思想就是通过坐标变换，把永磁同步电机的交流电转变成直流电，从而实现对永磁同步电机的励磁电流和转矩电流分别进行控制，这样就可以实现以直流电机的思想实现对交流电机的控制。但是传统的永磁同步电机矢量控制系统需要利用机械传感器来检测电机实际生产生活过程中的输出信号。在控制系统中因为机械传感器的存在是的控制系统的体积增大，成本增加，而且机械传感器与电机的同轴度严重影响着检测信号的精度，最重要的是环境对机械传感的影响也很严重，在这种情况下无传感器技术应运而生。
所谓的无传感器技术就是通过检测电机绕组中的电压，电流，磁链等信号，采用一定的估计方法计算转子的位置和速度信号，然后通过坐标变换和反馈环节把检测到的信号反馈到速度环，而后通过脉宽调制法产生系统所需要的控制信号，以达到驱动功率器件的要求，实现对电机良好的控制性能[2-4]。本文就是通过无传感器技术设计出一种***估计永磁同步电机实际转速和位置信号的算法。该方法具有更高的计算精度，可以避免粒子的衰退问题从而达到很好的滤波精度，可处理非加性噪声及离散系统，扩宽了应用范围等优点。
1 永磁同步电机矢量控制系统
永磁同步电机矢量控制系统的核心就是坐标变换。通过坐标变化可以把永磁同步电机矢量控制系统中输出的三相旋转坐标系下的电流信号转变两相静止坐标系下的电流信号，可以很好的实现对励磁电流和转矩电流分别控制的目的。通过对励磁电流和转矩电流的控制就间接的控制电机的转矩和磁链，从而达到对转矩和磁链的分别控制的目的[1]。传统永磁同步电机矢量控制系统的原理***如***1所示。
通过***1原理***可知传统的矢量控制系统是通过机械传感器来检测电机的输出信号，并利用反馈控制的方式把输出信号反馈到各自的反馈环节，从而实现系统的反馈控制的目的。实际生活生产过程中经常用到霍尔传感或者光电编码器对电机的输出信号进行检测。但是由于机械传感器的存在大大增加了系统的体积，成本，而且检测精度容易受到影响。这种情况下提出的无传感器技术取代机械传感器技术以达到可以对电机的实际速度进行***估计的目的。本文采用的基于UKF的无传感器永磁同步电机的矢量控制系统的原理***如***2所示。该模型里的无迹卡尔曼滤波器在Simulink仿真模型里主要是通过编写S函数以实现UKF算法[5]。该模块的的实现很好的替代了传统的机械传感器，从而克服机械传感器在测量输出信号过程中存在的缺陷。
2 无迹卡尔曼滤波算法
永磁同步电机的数学模型具有强耦合非线性的特点，所以在永磁同步电机的动态系统中电机模型本身就是不确定性的模型，并且存在建模的误差。由于测量过程中各种干扰噪声的存在，使得测量的数据存在一定的误差。所以在噪声初始状态已知的条件下，对永磁同步电机矢量控制系统的控制可以通过利用UKF对噪声的均值和协方差的控制来实现对转子电流的幅值和空间位置（频率和相位）进行控制，实现改善转矩的控制性能。
无迹卡尔曼滤波过程是以无迹转换为基础的，采用卡尔曼滤波为框架[6]，采用的形式为确定性采样，在减少采样离子数的同时保证逼近的精度[7]。UKF算法的关键步骤是UT的变换，UT变换是一种***性变换中随机取得变量数字特征的方法。其实现原理是：在初始分布状态中按某些原则取一些点，使得这些点的均值和协方差等于原始状态分布的均值和协方差：将这些点带入非线性的系统中，相应的可以得到该非线性函数值的点集，通过这些点集利用UT变换求取变换后的均值和协方差。根据先验均值和先验协方差矩阵均方根的相关列以达到对采样点的选择。
步骤如下所述。
由此可以看出无迹卡尔曼滤波在处理非线性滤波时并不需要在估计点处做泰勒级数展开进行前n阶近似，而是直接在估计点附近进行UT变换，使得获得的采样点集的均值和协方差与原统计特性匹配。然后直接对这些采样点集进行非线性的映射，进而获得状态的近似概率密度函数，这种近似的实质是一种近似而非解[8]。结合传统永磁同步电机矢量控制系统原理和无传感器技术的优点，设计出的基于无迹卡尔曼滤波器（UKF）的无传感器永磁同步电机矢量控制系统原理如***2所示。文献[9]提出了将UKF应用到飞行器气动参数辨识方中，并指出UFK递归参数估计算法相比EKF具有较好的收敛速度。最重要的是UKF不但精度高，而且鲁棒性能更好，UKF递归参数估计算法具有更好的收敛速度和辨识的可靠性。文献[10][11][12]中提出UKF算法相比EKF具有较好的跟踪性能，因为UKF是利用样本本身的采样值来逼近系统状态的，所以在计算速度较快。文献[13]中提出了在目标跟踪中利用了无迹卡尔曼滤波的算法，并通过仿真验证了与扩展卡尔曼滤波算法相比，无迹卡尔曼滤波在跟踪方面有很高的精度，且无迹卡尔曼滤波算法有较小的跟踪误差。作者利用UKF的跟踪性能好，滤波精度高，计算简单[10][12]等特点把UKF的思想运用到永磁同步电机中，以实现永磁同步电机的超调量较小，峰值较低，以达到该控制系统良好的控制效果。
3 基于UKF的永磁同步电机矢量控制系统
3.1 系统参数及仿真模型
为了验证UKF算法在永磁同步电机转速估计上的可行性，在MATLAB simulink中分别建立基于UKF和传统的无传感器矢量控制系统的仿真模型。通过对两者仿真结果的对比，得到基于UKF的无传感器永磁同步电机矢量控制系统的可行。在仿真模型中所需要的永磁同步电机的参数具体设置：Rs=0.9585Ω，F=0.0003.35Ω，phi_f=0.1827，Lr=0.1827mH，J=0.0006329kg・m2，np=4，Ts=1e-5s，Lm=0.00525mH。基于UKF的永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型如***3所示，其中UKF模块是通过S函数来实现。
从***3中可以看出基于UKF算法的***估算模块代替传统的机械传感器模块，这就是无传感器技术。显而易见在永磁同步电机矢量控制系统中引入该技术使得控制系统的精度和控制性能大为提高，而且克服了传统的永磁同步电机矢量控制系统因为机械传感器的存在而带来的种种缺憾。
3.2 仿真结果分析
在仿真模型系统里设定的系统仿真时间为0.1秒，给定速度为 2500r/min，采用ode45仿真算法。电机空载时，给定阶跃转速为2500r/min时基于UKF的永磁同步电机矢量控制和传统的永磁同步电机矢量控制系统的实际输出速度如***4与***5所示。
通过仿真结果可以看出，基于UKF的永磁同步电机矢量控制系统相比传统的永磁同步电机的矢量控制系统波动较小，而且两者之间的波动具有高度的一致性，最重要的是两者都在2500r/min时保持稳态。由于基于UKF算法设计的估计器所估计出的这些状态量与原有测量的状态量并不是完全一致的，所以仿真出来的结果并不是完全没有差别。仿真结果证明在永磁同步电机矢量控制系统中基于无迹卡尔曼滤波算法的滤波器完全可以代替传统的机械传感器。
4 结束语
本文介绍了基于无迹卡尔曼滤波的永磁同步电机的矢量控制系统，分析了传统的永磁同步电机矢量控制系统由于机械传感器的存在带来的缺憾，提出基于无迹卡尔曼滤波的无传感器永磁同步电机矢量控制系统。并结合两者各自的原理***比较得出后者的可行性。通过实验仿真结果来验证该系统的可行性。仿真结果表明：基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的无传感器永磁同步电机矢量控制仿真模型经过无迹卡尔曼滤波（UKF）算法***估计的速度相比传统的无传感器永磁同步电机矢量控制系统两者之间具有高度的一致性，验证了该系统的可行性，并证明该系统的超调量较小，鲁棒性能较好等控制性能。
参考文献：
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永磁传动技术论文篇（10）
Abstract: In the past ten years, the main development of AC asynchronous motor and permanent magnet brushless motor system. Compared with the original DC traction motor system, has obvious advantages, the advantages of small volume, light weight (compared to the mass of 0.5-1.0kg/Kw), high efficiency, free from maintenance, wide speed range. In this paper, the development of motor drive system, and discusses the design of electromagnetic compatibility.
Key words: motor; drive system; electromagnetic compatibility design
中***分类号:S611文献标识码：A 文章编号：
1.电机设计的发展
蒸汽机启动了18世纪第一次产业***以后，19世纪末到20世纪上半叶电机又引发了第二次产业***，使人类进入了电气化时代。20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业***，使生产和消费从工业化向自动化、智能化时代转变；推动了新一代高性能电机驱动系统与伺服系统的研究与发展。
21世纪伊始，世界汽车工业又站在了***的门槛上。虽然，汽车工业是推动社会现代化进程的重要动力；然而，汽车工业的发展也带来了环境污染愈烈和能源消耗过多两大问题。而对于我国日益扩大的汽车市场，这种危机就更明显。据了解，2000年我国进口汽油7000万吨，预计2010年后将超过1亿吨，相当于科威特一年的总产量。目前世界上空气污染最严重的10个城市中有7个在中国，而国家环保中心预测，2010年汽车尾气排放量将占空气污染源的64%.虽然，加剧使用传统内燃机技术发展汽车工业，将会给我国的能源安全和环境保护造成巨大的影响。为此，国家科技部启动了十五“863”电动汽车重大专项。
高密度、高效率、宽调速的车辆牵引电机及其控制系统既是电动汽车的心脏又是电动汽车研制的关键技术之一，已被列为863电动汽车重大专项的共性关键技术课题。20世纪80年代前，几乎所有的车辆牵引电机均为直流电机，这是因为直流牵引电机具有起步加速牵引力大，控制系统较简单等优点。直流电机的缺点是有机械换向器，当在高速大负载下运行时，换向器表面会产生火花，所以电机的运转不能太高。由于直流电机的换向器需保养，又不适合高速运转，除小型车外，目前一般已不采用。
2.电机的驱动系统
2.1.异步电机驱动系统
异步电机其特点是结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，低转矩脉动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高。
异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品（尤其在美国），但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。
最大缺点是驱动电路复杂，成本高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。
2.2 无刷永磁同步电机驱动系统
无刷永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式a轴向磁场结构，由于具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围，发展前景十分广阔，在电动车辆牵引电机中是强有力的竞争者，已在国内外多种电动车辆中获得应用。
内置式永磁同步电机也称为混合式永磁磁阻电机。该电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在有助于提高电机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行。内置式永磁同步电机驱动系统的设计理论正在不断完善和继续深入，该机结构灵活，设计自由度大，有望得到高性能，适合用作电动汽车高效、高密度、宽调速牵引驱动。这些引起了各大汽车公司同行们的关注，特别是获得了日本汽车公司同行的青睐。当前，美国汽车公司同行在新车型设计中主要采用内置式永磁同步电机。
表面凸出式永磁同步电机也称为永磁转矩电机，相对内置式永磁同步电机而言，其弱磁调速范围小，功率密度低。该结构电机动态响应快，并可望得到低转矩脉动，适合用作汽车的电子伺服驱动，如汽车电子动力方向盘的伺服电机。
2.3 新一代牵引电机驱动系统
从20世纪80年代开关磁阻电机驱动系统问世后，打破了传统的电机设计理论和正弦波电压源供电方式；并随着磁阻电机，永磁电机、电力电子技术和计算机技术的发展，交流电机驱动系统设计进入一个新的黄金时代；新的电机拓朴结构与控制方式层出不究，推出了新一代机电一体化电机驱动系统迅猛发展。高密度、高效率、轻量化、低成本、宽调速牵引电机驱动系统已成为各国研究和开发的主要热点之一。
SRD开关磁阻电机驱动系统的主要特点是电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜力的机种。SRD的最大特点是转矩脉动大，噪声大；此外，相对永磁电机而言，功率密度和效率偏低；另一个缺点是要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。
永磁式开关磁阻电机也称为双凸极永磁电机，永磁式开关磁阻电机可采用圆柱形径向磁场结构、盘式轴向磁场结构和环形横向磁场结构。该电机在磁阻转矩的基础上迭加了永磁转矩，永磁转矩的存在有助于提高电机的功率密度和减小转矩脉动，以利于它在电动车辆驱动系统中应用。
转子磁极分割型混合励磁结构同步电机这一概念一提出就引起国际电工界和各大汽车公司研发中心的极大关注。转子磁极分割型混合励磁结构同步电机具有磁场控制能力，类似直流电机的低速助磁控制和高速弱磁控制，符合电动车辆牵引电机低速大力矩和恒功率宽调速的需求。目前该电机的研究处于探索阶段，电机的机理和设计理论有待于进一步深入研究与完善，作为假选的电动车辆牵引电机具有较强的潜在的竞争优势。
3.电磁兼容设计
3.1 接地设计
合理的接地是最经济有效的电磁兼容设计技术，是解决EMI问题最廉价有效的方法。良好的接地系统并不会增加整车的成本，它既能提高系统的抗扰度，又能够减少干扰发射。对于车内弱电系统来说，接地除了泄放小电流外，还用于设定一个基准电位，避免各种耦合干扰。
3.2 布线设计
电缆易受电磁干扰，同样它也可能成为干扰源。在城轨车辆中1500V高压回路电缆、电机电缆、制动电阻电缆和辅助逆变器电缆易产生干扰，而MVB电缆、PIS和ATC信号电缆容易受到干扰，1lOV控制电缆既可能受干扰又可能成为干扰源。在城轨车辆布线中应该遵循以下原则：
在城轨车辆布线电缆敷设时，所有的电缆均应按电磁兼容性进行电缆类别分类；
2)属于各个不同电缆种类的电缆应分开放置；
3)输出线和回流线相邻铺设，特别是电源电缆（电机电缆、制动电阻等）；
4)电缆应尽可能靠近车辆地板放置（封闭的金属电缆管、金属管道等采用导电连接连接到车辆地板），以利用其产生的衰减；
5)在各电缆种类的最小间距不能保持的情况下，有必要采用管道、封闭的金属板、管件等达到分开的目的；
6)当属于不同种类的电缆交叉，互相成直角时，不要求有最小间距。
3.3屏蔽设计
用屏蔽体将干扰源包封起来，可防止干扰电磁场通过空间向外传播；反之，用屏蔽体将敏感源包封起来，就可使敏感源免受外界空间电磁场的影响。
在城轨车辆上，屏蔽主要包括敏感设备的屏蔽及电缆的屏蔽。敏感设备的屏蔽主要包括车辆控制单元(vcu)、牵引控制单元(ICU)、智能子站KLIP模块等微机网络控制设备的屏蔽。电缆的屏蔽主要包括变压器电缆、辅助设备的电缆、控制电缆、信号电缆、数据传输总线等的屏蔽。对变压器电缆、辅助设备的电缆进行屏蔽的目的在于防止其对敏感设备造成干扰。对信号电缆、数据传输总线电缆等进行屏蔽的目的在于避免使这些电缆受到外界电磁场的干扰。
3.4 车辆电缆屏蔽原则
电缆屏蔽层的接地可以分为单端接地和双端以上接地，除对屏蔽层接地有特殊要求的（如音频线、视频线、传感器电缆等）电缆外，一般采用双端接地且电缆的屏蔽层应可靠接地。对于信号电缆和控制电缆，屏蔽层的覆盖程度应不小于75%;对于数据传输电缆，屏蔽层的覆盖程度应不小于90%；对于辅助电缆等，屏蔽层的覆盖程度应不小于85%。
4.结语
以此为基础，通过控制节点出入度，并且只针对有功潮流进行优化，做好每一个步骤。希望本文可以给大家带来参考。
参考文献
永磁传动技术论文篇（11）
中***分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0318-01
一：永磁同步电机应用与电磁设计
1.1永磁同步电机的运行分析
永磁同步电机调速系统中，最关键的问题就是实现电动机瞬时转矩的高性能控制。对于永磁同步电机系统的要求可归纳为：响应快、精度高、转矩脉动小、系统效率和功率因数高等。对永磁同步电机的输出转矩的控制可归结为对交轴电流和直轴电流的控制。交、直轴电流的不同组合，将影响控制系统的效率、功率因数及转矩输出能力等。如何根据给定的转矩来确定交轴电流和直轴电流，实际上就是对定子电流矢量控制的问题。
1.2永磁电机的电磁设计
（1）永磁电机的磁路设计
磁路设计是根据对磁场的要求，合理地选择磁路的参数和材料，设计出工艺上可行、特性满足要求、经济性好、能充分发挥材料性能的磁路。一般的设计过程是：首先根据磁路特性的要求，初步确定磁路的大致结构，确定各部分磁路的尺寸和材料，然后采用合适的计算方法计算磁路特性。若计算结果与性能要求之间的误差在允许范围内，则磁路设计成功完成；否则要重新调整磁路尺寸或材料，直至得到合理的磁路。
电励磁电机的磁路设计己相当成熟，永磁电机与其区别主要在永磁体的设计与计算，因此永磁同步电机磁路设计关键在于永磁材料的选择和工作点的设计。
（2）永磁体的选择
由于永磁体及其性能的多样性，如何选择合适的永磁体材料及尺寸直接关系到电机的性能和经济性。永磁体选择应满足以下要求：永磁体在规定的工作空间内能产生所需要的磁场；永磁体所产生的磁场有一定的稳定性，能承受工作环境温度而不发生不可接受的变化；具有良好的力学性能和可工艺性；
（3）永磁体的设计
永磁体的形状通常与所选择的磁极结构有关，永磁同步电动机的转子磁路结构不同，则电动机的运行性能、控制系统、制造工艺和适应场合也不同。目前有以下几种结构：表面式转子磁路结构、内置式转子磁路结构、爪极式转子磁路结构、复合励磁转子磁路结构，考虑电梯设备的特殊情况，我们选用了表面式转子磁路结构，并将电机结构设计成外转子，这样永磁于转子铁心的内表面上，永磁体提供磁通的方向为径向。由于永磁材料的相对回复磁导率接近1，所以表面凸出式转子在电磁性能上属于隐极转子结构，这种转子结构：具有结构简单、制造成本较低等优点，表面式转子结构中的永磁磁极易于实现最优设计，使之成为能使电动机气隙磁密波形趋近正弦波的磁极形状，可以显著提高电动机乃至整个传动系统的性能。
（4）永磁同步电机的磁路分析
磁路计算的目的是在己知永磁体性能和磁路尺寸条件下，求解永磁体工作***的各项数据，并根据永磁体工作***调整磁路尺寸，以保证磁路的合理设计。
永磁体向外磁路所提供的总磁通中可分为两部分，一部分与电枢绕组匝链，称为主磁通（即每极气隙磁通）中；另一部分不与电枢绕组匝链，称为漏磁通中二。相应地将永磁体以外的磁路（以后称为外磁路）分为主磁路和漏磁路，相应的磁导分别为主磁导和漏磁导。稀土永磁同步电动机实际的外磁路比较复杂，分析时可根据其磁通分布情况分成许多段，再经串、并联进行组合。主磁导和漏磁导是各段磁路磁导的合成。
二.永磁同步电机的噪声分析
2.1 电磁噪声的抑制措施
电机的电磁噪声是由于气隙中电磁径向力引起电机机座振动造成，因此电磁噪声的抑制主要措施为：
1降低电磁径向力
（1）适当增大定子气隙，降低气隙磁导，从而降低气隙谐波磁场，由于径向力与气隙磁场的平方成正比，于是即能降低电磁径向力。
因此永磁同步电机气隙值取得较大。
（2）定子齿采用斜槽，有效地削弱谐波磁场，从而降低电磁径向力，降低电磁噪声。
（3）采用分数槽绕组，削弱感应电势的高次谐波分量，从而减小纹波转矩。
（4）定子绕组采用合适的并联支路数，减少电机磁路不均匀的影响，降低不平衡电磁拉力，从而降低电磁噪声。
2降低电机表面振动量
电机表面的振动量除直接与径向力的大小有关外，还与径向力波次数及频率有关，同时与电机的结构及其刚度有关。上节主要讨论了降低径向力大小来降低电机振动，本节则从提高电机结构件刚度来降低电机表面振动量。
（1）将电机结构件的固有频率与电磁主要径向力频率错开；
（2）采用合适结构，提高机座刚度，如在机座表面增加一定数量的散热筋，既可以改善电机冷却效果，也可提高机座刚度。
3降低声辐射效率
根据圆柱体表面在径向振动时辐射的声强，与无限大平面以同样频率、同样振幅振动时辐射声强的比值，若取平面振动体声强作为基准值，则该比值可以认为是相对声辐射效率。相对声辐射效率随下列值而变化：
（1）振动模数m（即径向力波次数）；
（2）电机表面有效半径；
（3）电机长一径比。
结语：由于永磁体的高磁能积和高矫顽力，使得永磁同步电动机具有体积小、重量轻、效率高、特性好等一系列优点，成为新一代电机的重要发展方向。但是由于永磁同步电动机结构复杂多样，媒质交界面曲直交错，永磁材料的磁特性为各向异性，使得永磁同步电动机的设计变得比较复杂，计算准确度比较差；另外，永磁同步电动机中一些特殊的电磁过程和一些专门问题如磁极结构形状与尺寸的优化、永磁体的齿槽转矩对电机的影响等都是设计的难点。目前，永磁同步电动机的设计方法己成为国内电机界研究的热点。在构建节能型社会的进程中，高性能的永磁同步电动机因其高效节能的性能将有着巨大的市场潜力。如何设计出成本较低，性能较高的永磁同步电动机也将成为电机界研究的热点。
参考文献
[l] 唐任远.现代永磁电机理论与设计.北京：机械工业出版社，1997， 40-158
[2] 张炳义，冯桂宏，王凤翔.SPWM电源供电下低速大扭矩永磁同步电动机设计研究.电工技术学报，2001， 16（6）： 85-90
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