新型混合励磁电机技术研究与进展

混合励磁电机是对传统单一励磁方式电机的发展,力求综合永磁电机和电励磁电机的优势和特点,有利于减少稀土永磁体用量、拓宽永磁电机调速及调压范围,在航空电源、新能源发电与驱动系统等领域有重要应用前景。本文从励磁结构和磁路原理两个角度对混合励磁电机进行分类和阐述,系统总结了提出的新型转子磁分路混合励磁电机及并列式混合励磁电机的结构原理与运行特点,论述了基于转子磁分路机理发展的混合励磁同步电机不同结构拓扑及其原理,给出了发电/电动运行控制的基本策略与方法。新型混合励磁结构拓扑及控制技术的研究为丰富和发展混合励磁电机技术提供了理论参考与实践指导。     

串联磁路混合励磁爪极发电机的研究(英文)

针对电励磁爪极发电机效率低、永磁爪极发电机磁场调节困难的问题,提出了一种串联磁路混合励磁爪极同步发电机,利用磁路计算方法和三维有限元的分析研究了这种新型电机各部分的磁密大小,确定了合适的极对数和合理的磁钢厚度,探讨了这种新型电机的空载特性、外特性和调节特性.研究表明:串联磁路混合励磁爪极发电机合适的极对数为2,且磁钢厚度存在一个较为合理的优化值.相对于电励磁爪极发电机,它实现了励磁电流的双向控制;相对于永磁爪极发电机它使得输出电压可调,在更宽的负载范围内实现了输出电压的恒定.在参数相同的情况下,与电励磁爪极发电机相比,该电机具有更高的气隙磁密和功率密度.     

基于直接转矩控制电励磁同步电机转子励磁电流控制策略

同步电机转子励磁电流控制方式直接影响电机的运行特性。针对直接转矩控制电励磁同步电机提出一种全速度范围内转子励磁电流优化控制策略,它直接利用转矩给定和定子磁链给定计算出转子励磁电流给定值。仿真和实验结果表明:额定转速以下转子励磁电流较小,降低了转子绕组的发热;额定转速以上转子励磁电流较大,提高了电机负载能力;恒转矩区和恒功率区之间转换不需要设定过渡区,过渡平滑;全速度范围内电机的外功率因数均近似等于1。     

切向结构永磁同步电机极对数的选择

对于具有“聚磁”作用的切向结构永磁同步电机,增加极对数可以提高气隙磁密,使得电机体积减小、重量减轻,效率、转矩增大,但极对数的增加存在一个较为合理的值。本文定义了切向结构永磁同步电机“聚磁”的概念,并利用有限元分析软件讨论了极对数与气隙磁密、每极磁通、空载电势、转子导磁体磁密等物理量之间的关系。结论:(1)计及导磁材料饱和的情况下,气隙磁密和总磁通随极对数的增加存在一个最大值,即存在一个合理的极对数;(2)用气隙磁密Bδ与稀土永磁体的内磁感应强度BM之比来表示聚磁作用的程度时,极对数大于等于3时,电机具有聚磁能力;用Bδ与稀土永磁体的剩磁感应强度Br之比来表示聚磁作用的程度时,仅当极对数大于等于4时,切向结构永磁电机才显现出聚磁现象;(3)切向结构永磁电机极对数在3~6时较为合适。     

切向结构永磁同步电机辅助磁极的优化

为了减少切向结构永磁同步电机转轴侧永磁体的漏磁,提高气隙磁密,在切向结构永磁同步电机中合理引入辅助永磁体。辅助永磁体相对于切向永磁体的位置有3种．其中以模型b,c较为合理,永磁材料用量适中,对气隙磁通的贡献大。随着辅助磁极永磁体厚度的增加,气隙磁密增加,当永磁体厚度增加到一定值时气隙磁密开始减小（模型b）或几乎恒定（模型c）,即辅助永磁体存在一个合理的厚度,该厚度与电机的极对数有关。     

电励磁双凸极电机起动全过程励磁控制策略

电励磁双凸极电机由于励磁电流可控制,用于起动工作时理论上能够调节励磁电流实现恒功率控制。但是由于双凸极电机的非线性特性导致其反电势为不规则方波形状,类似直流电机采用相电压反馈控制励磁电流实现恒功率控制困难较大。本文在双凸极电机恒转矩起动阶段,恒流控制励磁电流,根据起动机转速反馈实现控制模式的平稳切换;在恒功率阶段利用三相端电压整流值间接测量反电势来控制励磁电流,实现双凸极电机弱磁控制,保证恒功率阶段电机的出力最大。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

混合励磁同步电机电抗计算与建模

混合励磁同步电机(Hybrid excitation synchronous machine,HESM)磁场分布往往呈现三雏特性,二雏有限元法难以适用.而三维有限元瞬态场分析的计算量巨大,进行混合励磁同步电机与控制系统外电路的闭环场路耦舍仿真目前还不现实,本文建立了切向磁钢HESM的三维有限元模型,由静磁场计算得到气隙磁通随励磁电流的变化规律.利用三雏瞬态场路耦合分析电机空载特性和外特性,由电势波形和矢量图推算不同励磁、不同负载电流下电机同步电抗值.根据电压方程建立了切向磁钢HESM的MATLAB/Simulink数学模型,仿真和实验结果验证了模型的正确性,为新型混合励磁同步电机的闭环系统仿真分析、快速计算提供了重要的分析手段.     

绿色节能抗斜式起重永磁铁的设计与研究

为了克服起重电磁铁耗电量大的缺点,绿色节能的起重永磁铁成了近些年研究的热点。本文通过分析和对比起重永磁铁与起重电磁铁之间的性能差异,设计出一种兼顾倾斜吊装和水平吊装的抗斜式起重永磁铁。完成了起重永磁铁的磁路设计,计算出固定磁系与旋转磁系所需磁体以及导磁体的尺寸,并分析了所设计磁路在卸物状态下的残余磁场强度;根据旋转磁系的动作特点,设计出抗斜驱动机构,该机构包含两组旋向相反的棘轮转臂机构以及锥齿换向机构,用以保证倾斜状态下至少有一组可以正常驱动旋转磁系旋转,实现吸、卸物。本文解决了倾斜状态下单转臂起重永磁铁无法正常工作的难题。     

分数槽集中绕组永磁同步电机设计与分析

分数槽集中绕组永磁同步电机由于转矩密度高、弱磁性能好、齿槽转矩小和效率高等特点,广泛应用于航空航天、电动汽车等领域。本文研究了机载雷达伺服系统用分数槽集中绕组永磁同步电机,建立了电机的解析模型,分析了长径比、裂比、磁密系数等设计参数对电机性能的影响规律。结果表明,电机的输出转矩和质量分别与定子外径D3os,D2os成正比,绕组端部比重与长径比λ成反比,综合转矩密度和绕组端部比重两个因素,λ宜在0.2~0.4范围内选择。当定子裂比γ增加时,转矩密度先增大后减小,为使转矩密度最大,γ宜在0.6~0.8范围内选择。当磁密系数χ增加时,输出转矩先增大后减小,为使输出转矩最大,χ宜设计在1.75附近。基于理论分析和仿真计算,文中设计并加工了一台45槽38极分数槽集中绕组永磁同步电机,最后通过实验测试了其性能。     

电励磁双凸极电机调速系统的原理与实现

介绍了新型电励磁双凸极电机的结构和原理，然后结合全桥变换器阐述了电励磁双凸极电机的控制方法，接着详细介绍了电励磁双凸极电机转速、电流双闭环控制调速系统的原理和实现方法，最后以一台500W12/8极电励磁双凸极电机调速系统为例进行了系统实验。实验结果表明，电励磁双凸极电机调速系统具有结构简单、控制方便和良好的动静态性能。     

一种新颖的永磁偏置三自由度电磁轴承

为了使磁轴承系统减小尺寸、改善动态性能和降低成本，提出一种将轴向磁轴承和径向磁轴承的功能相结合的永磁偏置三自由度电磁轴承，对其磁悬浮机理进行了研究，用等效磁路法建立了这种电磁轴承轴向力和径向力数学模型，利用三维网格图直观地分析了轴向力和径向力的耦合状况，理论分析表明，在平衡位置附近这种磁轴承3个自由度之间是解耦的。作者研制了一套实验样机，利用简单的分散控制实现了3自由度的稳定悬浮，并给出了部分实验结果。实验很好地验证了理论分析的结果。这种新颖的电磁在适合应用于飞轮储能、空调压缩机、涡轮分子泵等高速应用场合。     

表贴式永磁电机的两种充磁方式

研究了表贴式永磁电机的两种充磁方式。首先利用已有文献电机参数验证了有限元模型的正确性,对比分析了两种充磁方式下电机磁密和磁钢磁势的分布特点,研究表明内转子结构平行充磁方式具有提供更大的气隙磁通潜力,而外转子结构则相反。接着研究了两种充磁方式,不同气隙下气隙总磁通随极对数和磁钢厚度的变化规律。同时明确了两种充磁方式各自使用场合,给出了最佳磁钢厚度的取值范围。本文工作有助于正确选择表贴式永磁电机的充磁方式和磁钢厚度,以发挥磁钢潜力,改善电机性能。     

稀土永磁方波无刷直流电动机调速系统的实验研究

稀土永磁方波无刷直流电动机是静止功率变换器和电机设计相结合的产物，本文分析了稀土永磁方波无刷直流电动机的控制性能，指出它具有电机磁定向控制简化为磁极位置控制的特点，从而控制简单又提高控制性能，为此在稀土永磁方波无刷直流电动机调速系统中，采用了两态稳频电流调节器，ＰＷＭ电子换向器，电流分时反馈等具有特色的线路设计，实验结果表明，该调速系统体现了静止功率变换器与电机配合运行的特点，验证了稀土永磁方波无     

A Methodology for Identifying Defects in Wire Rope Based on Permanent Magnet Excitation

A wire rope defects detection method based on permanent magnet excitation is proposed.A detection system,mainly composed of permanent magnet excitation,distance detection,multi-sensor magnetic flux leakage signal acquisition and data analysis device,is set up.According to the different characteristics of the multi-sensor magnetic flux leakage signal,the localized fault(LF)and loss of metallic cross-sectional area(LMA)signal is separated,and then the two defects can be detected.The experiments show that the method can effectively detect the two defects when they appear simultaneously on the wire rope.     

一种新型的五自由度磁悬浮电机

介绍了一种新型的五自由度磁悬浮电机系统，它由两自由度无轴承电机和三自由度磁轴承两个独立悬浮单元构成。其中无轴承电机将悬浮绕组与转矩绕组叠绕在一起，同时实现转矩驱动和转子两自由度径向悬浮；三自由度磁轴承利用单极永磁偏置磁场实现转子轴向悬浮以及两自由度径向悬浮。该电机结构紧凑，有利于向大功率、高转速方向发展。文中介绍了悬浮力产生的基本原理，简要推导了系统数学模型，给出了控制系统框图。最后对实验样机转子在五个自由度上的悬浮情况以及绕组电流变化进行了测量和分析。实验结果验证了所述原理和控制方案的正确性。     

切向结构永磁同步电机中磁钢厚度对性能的影响

提出了切向结构永磁同步电机中磁钢厚度的约束条件;依据电机学理论并结合有限元计算方法,研究了气隙长度恒定时不同极对数下气隙磁密、每极磁通与磁钢厚度的关系,探讨了磁钢厚度对电机的过载能力、铁耗等性能的影响;在气隙长度发生变化时,为了保证漏磁大小不变,讨论了气隙与非导磁衬套厚度、磁钢厚度的关系。并指出:(1)气隙恒定时,随着磁钢厚度的增加,不同极对数时磁钢体积增大所提供的磁势对每极磁通的影响有所不同;铁耗和过载能力随磁钢厚度的增加而增大。(2)气隙增大时,为了保证气隙磁密和漏磁不变,必须增加非导磁衬套的厚度。(3)极对数增加时,减小磁钢厚度能提高电机的性价比。     

一种新颖的电磁式同步电机力矩控制方案

对同步电机直接力矩控制作了进一步的研究，从理论上分析同步电机转矩的产生，并将直接力矩控制思想延伸到电磁式同步电机，讨论了电磁式同步电机直接力矩控制的实现，仿真分析了电磁式同步电机直接力矩控制系统，并阐述了电磁式同步电机直接力矩控制方案较永磁同步电机方案具有的优点；定于磁链幅值不受转于磁链大小的限制，转矩－力矩角曲线线性度更好，转矩变化更快，动态性能更优；转子信号可测，无需复杂的运算和额外的装置辨识初转子磁极位置，仅靠转子激磁电流变化，从定子感应电势即可得到转子位置。此外，采用直接力矩控制更易于实现电机系统的无速度传感器运行。仿真结果表明了系统的可行性和的动态性能。