关键词:永磁传动技术材料结构应用
Abstract：Newdevelopmentonmagneticdrivinginforeigncountryissyntheticallyreviewed.
Applicationsfieldisbecomewideandtechnicalpropertyisimproved;Newtechnique,
technologyandconstructionappear;Magneticdrivepumpsbecomehighefficiency,
rliabilityandlonglifebyusingadvancedmanufacturetechniqueandmanagement.
Keywords：magneticdrive;Mag-drivepumps;newtechnique.
[中图分类号]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，在线上仅需要花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，无图纸加工，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.
[2]EquipmentNews[J].WorldPumps,1998(4):36.
关键词 锅炉；风机；永磁；电调速；技术；调节；节能
中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）82-0152-02
0引言
某炼油厂自备电站有3台130t/h燃油、燃气中温中压锅炉，承担着满足全厂各种用热工况的需求和保障全厂蒸汽的供给，是确保炼油装置的安全平稳运行的关键，每台锅炉配备一台送风机和引风机。
1问题发现及分析
按全厂正常运行工况，电站3台锅炉接带负荷仅为50t/h～60t/h，原设计风机选型流量偏大，满负荷运行时风门挡板开度仅需40%，实际运行中存在以下问题：1）锅炉长期在低负荷下运行，造成电能浪费；2）由于采用风门挡板调节，开度小受力大，调节频繁易造成损坏；3）调节精度不够，影响运行；4）风机挡板调节存在滞后性、炉膛负压波动较大甚至造成部分火嘴熄灭，为保证提负荷速率，满足平衡蒸汽的需要，需采用适量放大氧含量的做法，增加了能耗。
通过调研，确定采使用永磁节电调速技术。
2理论依据
2.1工作原理
永磁调速技术通过导体和永磁体之间的间隙实现由电动机到负载的转矩传输。该技术实现了在驱动（电动机）和被驱动（负载）侧没有机械链接。其工作原理是一端永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载速度调节。
2.2系统构成
永磁节电调速系统主要有永磁调速器、隔音散热罩、电动执行器、可编程控制器和温度及转速传感器等组成。锅炉风机压力、流量和其它过程控制变量可被控制系统收集并输出，并作用到智能电动执行器，以满足控制要求。
3 整改措施
5 结论
永磁调速技术先进、节能效果明显，能够很好地适应生产的需要，相信在不久的将来必将迎来永磁节电调速技术在各行各业的更广范围应用。
参考文献
[1]赵克中.磁力驱动技术与设备[M].化学工业出版社，2003，1.
【关键词】永磁调速；变频调速；节能调节技术；转速控制
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“革命性”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。
图1 永磁调速驱动器示意图
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。
4 结束语
【关键词】伺服系统；永磁同步电机；直流无刷电机
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体位于转子内部，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。
转贴于
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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关键词：永磁直线同步电机；直线电机；工作原理；控制策略；伺机系统
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.151
随着科学技术和电子计算机技术的发展，永磁直线同步电机因其高速度、高精确以及其控制方便、驱动能源较易获取、环保无公害等优势被广泛应用于数控系统和一些高密数字测量等场合，但永磁直线同步电机在运作过程中也极易受到外部干扰而影响参数，因此本文将从永磁直线同步电机的原理分析，对矢量控制进行研究搭建直线矢量控制系统，对永磁直线同步电机伺服系统的扰动进行分析。
1 直线电机发展现状
永磁直线同步电机在数控系统及生产生活中已广泛运用，直线电机的发展经过了160年的历程，到1971年开始投入到开发阶段，并进入实用商品阶段，国外一些国家对直线电机的研究越来越感兴趣，随着科技的发展，到90年代之后，直线电机作为系统进入工业生产中，后来被运用于不同的领域，而且越来越深受人们的推崇，直线电机目前具有不可估摸的发展前景。
由于直线电机具有装置简单可靠、直线速度可以不受任何限制、机械损耗小、噪声小、应用场合广、散热性能好、使用灵活性较大、节能环保等优点，直线电机在国外应用非常广泛，但在国内发展还需进一步地研究，虽然有一些院校在直线电机方面进行深入研究，但在投入使用方面还要进一步发展，不断创新，提高直线电机及其伺机系统的控制领域的水平，减小与其他国家在这一方面差距。
2 伺机系统
伺机系统是指按照控制信号的要求而动作：控制信号到来之前，被控制对象是静止不动的；接收到控制信号后，被控制对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控制对象又能自行停止。正是基于执行机构这一特点，我们称之为伺机系统。伺机系统主要是根据信号要求而进行运作，这在一定程度上对直线电机的速度及效率上有所改进和提高。
3 直线电机的工作原理
在传统意义上，一般应用于工业上的都是旋转电机，但随着科学技术和电子计算机的发展，直线电机将逐渐取代旋转电机，它是旋转电机的一种演变和延伸，从直观图形看，可以想象将一台旋转电机沿着它的内径切开，然后舒展成平面图，将圆周面摊开，这样就形成了直线电机的平面图（如图1），这就减少了旋转电机在旋转过程中因旋转而造成的消耗运动，直线电机提高了运行的速度和效率。
直线电机的分类有很多，永磁直线同步电机主要是运用高能电磁体，具有控制快，效率高、速度快等特点，永磁直线同步单机可分为平面型和圆筒型，工作原理都是将初级制成动子，次级的永磁体作为定子，在初级绕组通入交流电源，则在气隙中产生行波磁场。次级在行波磁场的切割下，产生感应电动势从而产生电流，该电流与气隙中的磁场相互作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力的作用下做直线运动；反之，次级固定，则初级作直线运动。直线电机就这样把电能直接转变为直线运动的机械能而无需任何中间变换装置。
4 直线永磁直线同步电机的伺服系统的控制策略
直线电机具有高速度和高效率等许多优点，但要将直线电机的众多优势发挥出来，还需要对直线电机的伺服系统的控制进行严密而精确的研究，目前主要有传统控制理论运用、现代控制理论运用和智能控制理论三个部分的研究，传统控制理论是运用最成熟、最广泛的策略，但由于直线电机是个强耦合的设备，所以PID控制算法不能达到解耦，实现变量的单独控制，但这种方式比较实惠，成本低，对直线电机有一定的作用。
现代控制理论相对于传统控制理论而言操作更为复杂，这主要是因为直线电机的系统比较复杂，在运用过程中有一些不可预计的的干扰量会加大工作量，如直线电机会受到温度的影响等，这就使现代控制理论不能单独控制直线电机。
智能控制理论主要是采用神经网络控制和模糊控制技术，工作原理就是模仿人脑神经系统进行控制，并将专家的一些有效的经验融合到直线电机控制中，模糊控制技术因其控制精确度高而得到广泛地应用，在应用过程中，模糊控制技术最好跟其他控制系统一起使用才能取得更好的效果。
5 小结
综上所述，要研究永磁直线同步电机伺服系统的控制策略需要在了解直线电机的工作原理的基础上进行研究，本文主要分析了几种伺服控制系统的优缺点以及在运行过程中会出现的干扰因素研究出一种可以应用于新的控制系统运用于永磁直线同步电机伺服系统，随着科学技术的发展和社会大环境的要求，永磁直线同步电机将具有很好的发展前景和趋势，研究直线电机伺服系统的控制策略也具有一定的意义。
参考文献：
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[3]叶云岳.直线电机原理与应用[D].机械工业出版社.
六朝古都南京，钟灵毓秀、虎踞龙蟠。千年的城池，人杰地灵，记载着几多惊心动魄的史话，又传颂着几多可歌可泣的伟绩。作为中国最早建立的高等学府之一，素有“学府圣地”和“东南学府第一流”之美誉的东南大学，就坐落在这历史古都。在东南大学电气工程学院，现年53岁的程明教授，与千年历史为邻，以古都史话为友，20余载不倦不辍，只为一探电机之神奇，一究科学之真谛。
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、教育部博士点基金、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，其中在线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，在政策和资本的诸多“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，一要靠国家政策的支持，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。
他还承担了教育部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独立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。
身为导师，程明教授在人才培养上也有独到观点，一是导师要因材施教，在了解学生各方面情况的前提下，为他量身选择课题：二是导师要学会“抓两头，放中间”，就是要抓好选题，抓好论文质量，中间过程放手让学生去做，给其充分的发挥余地，鼓励创新，宽容失败，以锻炼他独立思考问题和解决问题的能力。
关键词：永磁同步电动机，电梯
一、永磁同步电机应用于电梯驱动技术
永磁同步电机无齿轮传动系统采用正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)，由于其减少了变速箱以及齿轮机械结构，减小了体积。论文参考网。同时永磁同步电机较之于以往交流异步电动机，应用于电梯拖动系统时有以下几个特点:
1、永磁同步电机机械噪音小，转矩波动小，转速平稳，动态响应快速准确。同步电动机比异步电动机对电压及转矩的扰动有着更强的承受能力，能做出比较快的反应。异步电动机当负载转矩发生变化时，电机的转差率也发生变化，转速也就随之变化，这样电机的转动部分的惯量就会阻碍电机做出快速的反应;而同步电机当负载转矩发生变化时，只要电机的功角做出相应的变化，而转速维持在原来的转速，这样电机转动部分的惯量就不会影响电机的快速反应。
2、相对于传统有齿轮传动系统，以永磁同步电机为主要技术的无齿轮曳引技术实现了无机房化，降低了建筑面积，整个电梯系统的成本降低，维护方便，减少了机械传动系统，噪音降低。
3、体积小，重量轻，随着高性能永磁材料的应用，转子无需励磁，相对于异步电机减少了变速用的变速箱，所以永磁同步电机功率密度不断增加，比起同容量的异步电机，它的体积，重量都要减小许多。
4、损耗小，效率高，永磁同步电机相对于异步电机无需励磁电流，无功电流分量，显著的提高了功率因数;由于高性能永磁材料的应用，提高了磁负荷，在相同功率的情况下，在设计过程中可以相应的减少电负荷，这样随之减小定子电流和定子铜耗。转子采用表面磁钢形式，在稳定运行时无转子铜损提高了效率。
5、性能价格比高。论文参考网。随着电力电子技术的成熟，电子器件的价格的降低，人们越来越多得用变频电源来驱动永磁同步电机，这就使整个驱动系统的成本不断降低。
二、国内外电梯驱动用永磁同步电动机的发展现状
国际上对电梯驱动用永磁同步电动机的研究己经进行了多年。从上世纪90年代起，电梯行业内的有关企业就开始了对电梯驱动用永磁同步电机的探索。日本三菱公司首先在高速电梯曳引机上使用永磁电机，提高了电梯的运行性能。日本在永磁电机应用于电梯的研究也己经进行了多年，并且取得了很大的成绩，其中以日本安川为代表的一些企业己经生产出了此类产品并获得了应用。他们在控制方式、转子位置检测、驱动变频器及电机本体设计等方面己经有了很多产品且申请了相关的专利。其产品经过实际测试，得到了国内同行的高度评价。论文参考网。东芝公司外旋转无齿轮永磁同步电动机曳引机的曳引轮与电机成为一体，实现了小型化、轻量化。
三、永磁同步电动机的分类
永磁同步电机按主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式;按电枢绕组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式;按转子上有无起动绕组，分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(可在某一频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机);按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机(简称无邪}J直流电动机)和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。永磁同步电机无齿轮传动系统采用的正是正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。
四、变频调速永磁同步电动机的设计要求
由于采用变频器对电机实行变频变压调速时，经变频器输入电机的电源是一个含有大量谐波分量的电压或电流发生源，它对电机的性能产生很大影响，主要表现在:电机振动、电磁噪声、损耗增大、起动转矩下降，温升升高等现象，而电梯的运行恰在这几方面要求比较严格，为此必须有针对性地采取措施。
（一）电动机低速平稳性的改善
电动机服务于电梯传动系统，因此对于运行的平稳性、动态响应性能和运行中的低噪声提出了较高的要求，尤其是对电机低速运行的平稳性要求更为严格，因为低速平稳性是保证电梯电机性能的重要指标。影响电动机低速平稳性的主要原因是电动机低速运行时的脉动转矩，该脉动转矩通常分为两种:一是由感应电动势或电流波形畸变而引起的纹波转矩，二是由齿槽或铁心磁阻变化而引起的齿谐波转矩。针对这两种情况，减小电动机低速脉动转矩的措施主要有以下几点:
1、使电机空载磁场气隙磁通密度的空间分布尽量接近于正弦形，以减少由谐波磁场引起的谐波转矩以及由谐波转矩引起的电磁振动。
2、合理选择定子槽数，使在该槽数下采用绕组短距、分布的方法来有效地削弱高次谐波电动势。
3、当转子有槽时，应该选择与定子槽数相配合的转子槽数。
4、增大电机的气隙长度，以减小气隙磁场齿谐波及相应的齿谐波转矩。
5、采用定子斜槽或转子斜极削弱齿谐波电动势，从而减少相应的齿谐波转矩。
6、减小定子槽的开口宽度或采用磁性槽楔，以降低由定子槽开口引起的气隙磁导的变化，从而减小了气隙磁场齿谐波。
7、采用阻尼绕组，以减小电枢反应磁链的脉动，可以有效地减少纹波转矩。
8、增大交轴同步电抗，使凸极永磁同步电动机的交轴同步电抗与直轴同步电抗的差距增大，从而增加电机的磁阻转矩，以增强电机低速运行时的输出能力。
（二）电动机低速平稳定位转矩的抑制
高精度的调速传动系统通常要求系统具有较高的定位精度。影响永磁同步电动机停转时定位精度的主要原因是电机的定位转矩，即电机不通电时所呈现出的磁阻转矩，该转矩使电机转子定位于某一位置。定位转矩主要是由转子中的永磁体与定子开槽的相互影响而产生的。
（三）提高弱磁扩速的能力
永磁同步电动机的励磁磁场由永磁体产生，不像电励磁同步电动机那样可以调节，这样在控制手段上就只能通过增大电机的直轴去磁电流以达到弱磁扩速的目的。
针对这一情况，对永磁同步电动机本身提出的要求是:
1、增大直轴同步电抗，以增强电机直轴电流的去磁能力。
2、选用抗去磁能力强的永磁体，并在电机结构上对永磁体加强保护，以避免永磁体发生不可逆性去磁。
3、充分利用电机的磁阻转矩，使永磁磁链设计得较低，从而增强电机的弱磁扩速能力。
4、保证电机转子具有适合高速运行的足够的机械强度。
五、结论
永磁同步电动机和异步电动机不同，永磁体提供的磁通量和磁动势随着磁路的饱和程度、材料尺寸、电机的运行状态变化而变化，而且由于转子磁路结构形式多种多样，不同的转子磁路结构，其空载漏磁系数各不相同，对电机的性能有着重要影响。据有关人士预计，在2010年新增的电梯90%以上是由低速、大转矩的永磁同步电动机直接驱动的无齿轮曳引电梯，永磁同步电动机在无齿轮曳引电梯中的应用将有很好的发展前景。
参考文献:
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关键词：永磁同步；伺服电机；控制
引言
发展和提高永磁同步电机的制造水平， 开发相应的高性能控制器产品， 提高资源的利用率和附加产值应该是我国未来的一个发展方向。
一、闭环调节器的控制
永磁同步电机的数学模型与异步电机相比，简单了不少，但仍具有非线性，强耦合，多变量等特点，寻求比普通PID 调节器更优良的控制策略是提高交流伺服系统性能的有效途径之一。
（1） 基于现代控制理论的控制策略
基于现代控制理论的电机控制方法有许多，典型的如滑模变结构控制，自适应控制等。其中，自适应控制能够抑制系统运行时参数变化的影响，获得有用的模型信息，使控制器的控制参数能够得到自动调整。但这些方法均存在两个问题，一是模型复杂，运算繁琐； 二是校正和辨识的时间较长，实时性不佳。
此外，还有许多现代控制理论被用到转速控制器设计中，包括自适应逆推、反馈线性化、鲁棒控制等。
（ 2） 基于智能思想的控制策略
典型的智能控制方法如模糊控制是模糊数学与控制理论相结合的产物。现实中，有些被控对象是难以建立精确的数学模型的，这时，使用模糊控制的方法是一种非常不错的选择。当前，在永磁同步电机的控制方面的，模糊控制的应用与研究已取得了许多成果，在电机的控制领域，仍有不少与模糊控制相结合的控制方法出现。
神经网络控制也是一种基于智能思想的控制策略，其并行处理，分布存储，自组织，自学习及神经计算能力，使其成为一种很有前途的控制方法，目前已有不少文献对此进行研究。
二、电机自身的控制
交流伺服系统中对电机自身的控制方法主要有： 压频控制、磁场定向控制，解耦控制与直接转矩控制。
（ 1） 压频控制
压频控制是一种开环控制方法，不需要电机位置、速度等反馈信息，其控制方法简单，无复杂的控制算法，方便实现。缺点是无法获取电机的电磁转矩和工作状态。因此只适用于一般的水泵和风机等场合。
（ 2） 矢量控制
矢量控制是德国西门子公司的F.Blashcke 在七十年代提出的。该方法的主要思想是将三相磁链矢量、电压矢量、电流矢量，通过坐标变换为两相矢量。目前，矢量控制的方法在理论上与应用上都十分成熟，具体包括： 最大转矩与电流比控制、id控制、弱磁控制、最大输出功率控制、cosφ = 1 控制、恒磁链控制等。
在所有的控制方法中，使id = 0 的控制方式最为简单，它能够将三相电流转变为两相dq 电流，然后对dq 电流分别进行控制，使得只存在q 轴电流，进而实现永磁同步电机的稳态解耦。这里的q 轴电流就相当于直流电机的控制回路的转子电枢电流。这样，对永磁同步电机的控制就相当于对直流电机的控制。这种控制方法结构相对简单，计算量小。缺点是当电机负载增加时，电机的功率因数会降低，而定子电压则会升高，所以要让电机正常运行，其逆变器必需要有足够的容量。
（3） 解耦控制
对永磁同步电机的电压方程进行相应的拉氏变换，用结构图表示其传递函数见图1所示。从图中可以明显的看出，永磁同步电机的dq 轴分量相互耦合，不能实现Ud和Uq对id和ωM分别的控制，因此，要实现系统高性能控制的关键在于解耦控制。
矢量控制可以实现永磁同步电机的稳态解耦，前提是定子磁链必须到达稳定状态，但动态过程仍相互耦合，其动态响应不能令人满意。
对永磁同步电机的控制而言，已有许多解耦控制方法出现： 如将永磁同步电机解耦成二阶线性转速子系统和一阶线性磁链子系统，进而实现转速和磁链动态解耦控制； 针对dq 坐标系下提出的反馈解耦控制方案，在负载转矩波动下，对指令速度有良好的转速跟踪性能； 还可以对永磁同步电机数学模型进行可逆性求解，得出逆系统进而构造相应神经网络，实现永磁同步电机转速和定子磁链的动态解耦。
三、信号反馈技术
通常要获得更高性能的控制效果，交流伺服系统需要运行于闭环控制状态下，因而需要获得电机转子的位置、速度信息等，一般的方法是在电机转轴上安装光电编码器或测速电机等。但装上传感器，会出现许多问题： 伺服产品成本增加； 由于同心度问题，转子位置出现偏差； 连接线缆增加，使得系统容易受到干扰，系统可靠性降低； 电机的体积增大； 易受到振动、湿度和温度等条件的影响。
为了克服这些缺陷，无位置/速度传感器伺服系统的研究成了当前的热点，根据容易测出的定子电压、定子电流等物理量，通过相应的算法，估算出当前转子的位置与转速信息。无速度传感器控制策略大体上可分为3 类：
一类是根据永磁同步电机的数据模型来估算的方法，如通过获得定子电流和电压后进行直接计算的方法； 通过比较电压计算值与实测值得到转子位置的电感变化估算方法； 反电动势积分法； 扩展反电动势法等。
另一类是基于各种观测器模型的闭环算法，如模型参考自适应、降阶状态观测器、扩展卡尔曼滤波器、全阶状态观测器、滑模观测器等。这类方法是通过永磁同步电机的电压方程推算出感应的反动势，再从中提取出位置信号，适用于高速运行状态下的位置与速度估算，当电机转速较低时，反电动势信噪比小，不能准确估算转子和位置。
还有一类是以基于电机理想特性的算法，如高频信号注入法和低频信号注入法。高频信号注入法不依赖于任何电机的参数和运行的情况，因而可以工作于低速运行状态，但电机必需是凸极性的。而低频信号注入法要求电机不能具有凸极效应，而且电机转子不能有较大的转动惯量，否则检测精度会变差。
四、结束语
本文给出了永磁同步电机运行的两种基本模式，并将其控制策略归纳为三个方面。针对这三个方面，分别进行了综述性的介绍。为了满足各种场合应用的需求，需要将各种控制方法相互渗透，以提高当前伺服系统的整体性能。永磁同步电机控制系统作为一个多学科交叉的研究领域，其研究方向还可以从其它方面更进一步： ① 优化的直接转矩控制技术； ② 定子电流死区补偿技术； ③ 无位置/速度传感器控制技术； ④ 多种方法相结合的闭环调节器控制策略的研究； ⑤ 电机转子初始位置检测等。
参考文献：
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【关键词】MRAS 永磁同步电机 MATLAB仿真
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，定子电流是独立于转子磁通的，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SPMSM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
图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图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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