大功率永磁伺服驱动电机查看源代码讨论查看历史

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大功率永磁伺服驱动电机国务院颁布的《中国制造2025》明确指出：大力发展新能源汽车为国家重大战略部署。大力发展自主研制新能源汽车，实现汽车强国之路，是我国“十三五“规划重点内容。电机驱动系统作为新能源汽车的关键核心部件，掌握其性能参数至关重要。本项目针对新能源汽车领域开展大功率永磁伺服驱动电机及其控制器系列产品进行研发，产品不仅具有永磁电机高效节能、运行可靠、体积小、重量轻、外形和尺寸灵活多样化等特点，还具有功率密度大、效率高，防护等级可达IP66及以上特点。

项目主要解决的关键技术包括

1、伺服电机磁路设计技术

采取有效减小反电动势的谐波以及纹波转矩的新磁路设计技术，转子结构采用V形永磁体结构，通过对转子主要参数的优化来实现纹波转矩最小化，通过仿真软件优化设计，采用逼近式不均匀气隙极弧计算，最大限度降低谐波含量，并采用ANSOFT软件进行仿真分析对比，选择合理的极弧系数，使得保证转矩达到要求的同时，齿槽转矩也达到最小，最终达到最优化设计的目的。

2、强冷却系统优化设计技术

为了提高功率密度，采用了水冷结构，将电机壳中的环形流道，采用金属管材卷绕成环形流道，辅助以铸造模具，通过铸造的方式，将金属管材流道直接铸在电机壳中，从而实现不需要金加工机壳内套、外套，不需要焊接工序，而直接将带环形流道的电机外壳铸成一个整体。

3、伺服电机制造工艺优化设计技术

将电机壳中的环形流道，采用金属管材卷绕成环形流道，辅助以铸造模具，通过铸造的方式，将金属管材流道直接铸在电机壳中，从而实现不需要金加工机壳内套、外套，不需要焊接工序，而直接将带环形流道的电机外壳铸成一个整体。不需要焊接，节省了金加工和焊接时间，节省了切屑加工造成的材料浪费，大大提高了单个产品的工效，同时不需要焊接，提高了产品的可靠性。

4、控制器硬件

研究过程应遵循高效、高可靠性、长寿命的设计标准。

5、高性能的电机控制算法

对控制器的时序、算法、通用性都进行针对性的设计。转矩、转速等参数的动稳态性能是控制器的关键技术指标，采用矢量控制技术或磁场定向技术，以及电压矢量调制技术，达到高控制精度、快速动态响应、较大的起动转矩和较宽的调速范围。

6、多功能软件设计技术

控制器软件的功能是电机高效、可靠运行的前提。针对实际的汽车运行中，电机处于不同的运行状态如快速起停、加减速、空载负载等工况，这要求控制器能自由切换和运行功能，其核心要求转矩、转速的控制性能达到稳、准、快。另外，电机的可靠性运行离不开控制器的欠压、过压、过流、过载等故障保护、报警以及自恢复功能。

7、高效节能控制技术

控制器的能量再生功能可实现电机制动时能量回馈电源系统如进行电池充电储能，避免能量浪费，同时也避免了传统制动方式带来的热损耗，间接达到绿色环保的目的。

产品达到主要技术指标为

a)15kW电机本体的主要技术指标为： ① 额定功率 15kW; ② 最大转矩155 N·m; ③ 防护等级 IP67; ④ 电机效率 95%;⑤ 额定转速 3000 rpm;⑥ 最高转速7200rpm;

b)37kW电机本体的主要技术指标为：① 额定功率 37kW;② 最大转矩 382 N·m;③ 防护等级 IP 67;④ 电机效率 95 %; ⑤ 额定转速 2800 rpm;⑥ 最高转速 10000 rpm;

c)控制器主要技术指标： ① 额定条件驱动器效率≥96%;② 调速控制范围1：1000; ③速度控制精度±0.1%;④ 转矩相应时间小于10ms;⑤ 转矩控制精度±5%;⑥ 散热方式：水冷;⑦ IP防护等级IP66。

创新点包括：

1、利用磁路有效减小反电动势的谐波以及纹波转矩；

2、采用水冷却结构，提高功率密度，利用强化冷却技术，提高散热强度；

3、磁路设计采用新型的插入式V、U磁钢结构，有效提高伺服电机转矩，增加调速范围，转子外表面带有极弧设计，降低转动惯量，提高动态性能；

4、高性能控制算法设计技术：高可靠性的控制器时序控制；高性能矢量控制或磁场定向控制算法；适应多种类型电机的控制算法；

5、多功能软件设计技术：具备电机参数识别及自整定功能，以获得电机的最佳控制性能；具备多种工作状态运行和自动切换功能，保证汽车可靠行驶；

6、高效节能控制技术：可控制行驶过程中能量的双向流动，在制动和滑行过程中自动回馈能量，从而提高电动汽车的续航能力;

7、高可靠性的电动汽车级专用电机控制器：控制器硬件的选型和设计完全采用汽车专用器件，通过优化设计，保证电磁兼容，保证电动汽车行驶在极端恶劣环境下电机驱动器的高可靠性。

产品在福建省亚南电机进行应用推广，自2016年6月截止至今，通过该项目已形成年产2万台伺服电机成套设备的生产能力，并实现新增产值1500万元，新增利润165万元，新增税金90万元，新增就业人数15人。此外，项目的市场化推广，有助于福建省整体电机设计、制造水平的实现跨越式提升，帮助相关企业完成传统技术的转型升级，具有良好的社会和经济效益。