磁通切换电动机综述
LI Xinzhe;DOU Ying;WU Xi
【摘要】磁通切换电动机是一种新型无刷结构的双凸极直流电动机.其结构简单、坚固耐用,适合宽转速范围运行,具有较高的功率密度和效率,应用前景比较广泛.介绍永磁、电励磁和混合励磁切换电动机的发展概况,分析永磁磁通切换电动机的分析方法的历程,针对磁通切换电动机研究现状,探讨了磁通切换电动机技术的发展趋势和研究方向.
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2018(047)006
【总页数】5页(P228-231,235)
【关键词】磁通切换电动机;永磁;电励磁;混合励磁;综述
【作者】LI Xinzhe;DOU Ying;WU Xi
【作者单位】;;
【正文语种】中文
【中图分类】TM33
0 引言
磁通切换型电动机(flux-switching machine, FSM)是一种新型无刷结构的双凸极直流电动机。它具有双凸极电动机的基本特征，但磁通切换电动机的运行原理和控制策略与双凸极电动机却存在很大的差异。磁通切换型电动机既可以作为发电机，
也可以作为电动机。目前国际上对FSM电动机的研究尚停留在初步理论和样机实验阶段；就国内而言，我国对FSM的研究起步相对较晚，目前仍处于研究的初期阶段，且研究成果主要集中在多相永磁磁通切换型电动机的参数计算和建模分析，实际成型的电动机产品应用于实际的并不多。本文主要阐述了该电动机的研究现状及其发展趋势，以期能够更好地推动我国国内在磁通切换电动机领域的研究与发展。
1 磁通切换型电动机分类
磁通切换型电动机FSM主要有两种典型的结构形式：径向磁场磁通切换电动机和轴向磁场磁通切换电动机。电动机磁通切换的运行原理本质上完全相同，两种结构的主要区别在于电动机磁通的路径不同。按照励磁方式划分，FSM电动机可分为
永磁式、电励磁式和混合励磁式三类，本文主要就这三种电动机来介绍磁通切换型电动机的发展。
1.1 永磁磁通切换电动机(FSPM)
永磁电动机具有结构简单，运行可靠等优点，其永磁体安置在定子“U”型铁芯之间，避免了永磁体置于转子时所导致的诸如永磁体固定复杂、散热困难、温升过高等导致的永磁体不可逆退磁等诸多问题。
在1997年的EPE(european conference power electronics and applications)会议上，法国学者E．Hoang提出了磁通切换永磁电动机(flux switching permanent magnet machine，FSPM)的概念，发表了FSPM电动机的学术论文，引起了广泛的关注[1]。该文章介绍了一种三相FSPM电动机的结构，其定子有12个齿，转子有10极，且定子上嵌有12块铁氧体材料的永磁体，并阐述了该电动
机的磁通切换原理，采用二维有限元法分析了电动机的静态特性。2003年，作为欧洲航空局“power optimised aircraft”计划的一部分，针对航天器中加油装置，研究了其中电动机的设计方法，重点从永磁材料的选择上比较了不同材料对该电动机性能的影响[2]。法国Brittany Branch Campus of ENS de Cachan通过比较
了不同永磁材料对FSPM性能的影响，将该电动机应用于油枕，减小非推进损耗，改善系统性能和提高效率[3]。2005年，罗切斯特大学Y. Cheng将永磁体代替两相电励磁磁通切换电动机中的直流励磁绕组，提出了单相8/4极FSPM[4]，按照
获取平顶波感应电动势的要求进行电动机设计，且通过改变转子外形获取启动转矩。英国Sheffield大学的Z.Q.Zhu教授对磁通切换电动机进行了多种拓扑研究，包括交错极绕线、E型铁心、C型铁心和多齿等拓扑结构[5]。东南大学花为等设计出一种两相、四相U型铁心永磁磁通切换型电动机，在两相运行时可以减少功率电子
元件数，节省成本，且具有容错能力[6]。2013年，高亚军等提出了一种新型五相磁通切换永磁电动机，并研究了该电动机的容错控制策略[7]。东南大学的林明耀
教授提出了一种双定子单转子的双凸极结构轴向磁场磁通切换永磁电动机，并对电动机设计、静态特性和齿槽转矩抑制进行了深入系统的研究[8]，该电动机结构简单、体积小、控制灵活、功率/转矩密度高。
1.2 电励磁磁通切换电动机(FSEM)
1999年，Leicester大学C.Pollock教授提出了磁通切换型两相电励磁电动机(flux switching electro-magnet machine，FSEM )[9]，凸极转子上没有永磁体和绕组，4个定子槽中2个放置电流极性不变的励磁绕组“F”，另外2个放电枢绕组“A”，励磁绕组和电枢绕组均跨越2个定子齿。2011年，王宇、邓智泉等提出
两种新的FSEM电动机，如图1、图2所示，其定子磁链为双极性，定子磁链与
反电势波均体现出较高的正弦度，适合在无刷交流场合运行[10]。
电励磁磁通切换电动机中，励磁绕组通过的是直流电，电枢绕组中交变的电流方向决定了电动机中的磁通方向，励磁绕组可以采用与电枢绕组串联的方式(在电流较大，电压较低情况下)，也可以采取并联的方式(在绕组匝数较多情况下)分别如图
3(a)、图3(b)所示。串联方式中，励磁绕组也担负着滤波器的作用。
图1 电励磁磁通切换电动机结构1
图2 电励磁磁通切换电动机结构2
图3 两相电励磁磁通切换电动机励磁绕组连接方式
1.3 混合励磁磁通切换电动机
混合励磁型磁通切换电动机(flux switching hybrid excitation machine，FSHM )是在永磁磁通切换电动机基础之上发展起来的一种新型无刷电动机，其永磁体、电枢绕组和励磁绕组都置于定子内，转子结构简单、可靠，适合高速运行。
FSHM电动机中两个磁势源同时存在，一是永磁体，它在气隙中产生一个基本不
变的磁通；另一个是励磁绕组，在电动机工作时，通过调节励磁绕组上的电流大小和方向，使得气隙中的磁通发生变化。它集成了FSEM调磁方便和FSPM效率高、转矩质量比大等优点，同时又克服了FSPM磁场调节难的缺陷，可以有效利用永
磁材料，减小电动机体积，具有较大的推广应用价值。
2007年，法国学者E.Hoang继1997年发表三相FSPM学术论文后，又推出了
12/10极三相双励磁磁通切换型电动机[11]。此后，东南大学和南京航空航天大学提出了新型三相双励磁磁通切换型电动机[12-14]。浙江大学又于2009年提出了
2倍于FSPM永磁体数的双励磁磁通切换型电动机[15]。2008年，由许泽刚等提
出的并列式混合励磁磁通切换型电动机[16]，由电励磁磁通切换电动机和永磁磁通切换电动机并列组合而成(图4)，现在已成为磁通切换电动机的热点。2个电动机
共用壳体和转轴，电枢绕组相串联，但电枢和转子互相独立，中间用隔磁环(气隙)隔开，真正实现了两部分气隙磁场的叠加，永磁段与电励磁段部分铁心长度的比例可以根据应用场合进行调整。东南大学林明耀教授提出了混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电动机，兼具轴向磁场和混合励磁电动机的优点，适合电动汽车等宽调速领域的应用，并对该电动机的静态性能分析、优化设计和控制技术进行了研究[17-18]。为避免永磁体、电枢绕组和励磁绕组均位于定子上的拥挤情况，Z. Q. Zhu
教授提出了定子分割式混合励磁磁通切换电动机[19-22]，该电动机由内外定子和
中间铁块转子组成，大大改善电动机的空间利用率。
1—壳体；2—永磁段定子；3—永磁段电枢绕组；4—励磁绕组；5—永磁体；6—电励磁段转子；7—转轴；8—电励磁段电枢绕组；9—电励磁段定子；10—永磁段转子图4 8/4极并列式混合励磁磁通切换型电动机结构图
2 磁通切换电动机的分析方法
磁通切换电动机的研究方法主要包括有限元法和等效磁路法等方法。下面主要通过对永磁型磁通切换电动机的的研究方法发展，来了解磁通切换电动机的分析方法。
2.1 有限元分析法
有限元法是分析、研究电动机特性的一种主要方法，主要通过有限元软件(如ANSYS，ANSOFT等)来实现，对电动机进行建模、加载、计算和分析，目前已成为一种比较成熟的方法。Z.Azar和Y.Pang等分析了漏磁与涡流对FSPM电动机特性的影响，通过对一台多齿FSPM电动机(定子6-4齿/转子19极)进行研究，计算出端部效应和磁路的交叉耦合对FSPM电动机电磁特性的影响，并通过有限元分析计算以及实验测试结果进行了计算分析[23]。Ayman M.EL-REfaie 和
A.S.Thomas 等研究了多相FSPM电动机的优化方法，在航天领域中如何应用FSPM电动机，并采用有限元法对FSPM电动机的电磁特性进行了计算分析[24]。
A.S.Thomas 和Y.Wang等采用有限元的方法计算了FSPM电动机在不同转子位置处的齿槽转矩以及谐波分量，给出了抑制电动机齿槽转矩的具体措施[25]。Y.Pang和J.T.Chen[26]等对比分析不同类型的永磁电动机，采用有限元法计算了FSPM电动机在不同参数情况下的静态电磁特性，对比分析结果，得到FSPM电动机的最优尺寸参数，实际的样机测试也验证了有限元分析得出的结论。在文献[27]中，Z.Q.Zhu教授建立了电动机的磁网络模型，解析计算了该电动机的静态特性，并与有限元法的计算结果比较，表明了磁网络模型也具有较高的准确性，并实验测试了样机的反电动势和电感等静态参数。
2.2 等效磁路法
等效磁路法是计算、分析电动机电磁特性的另一种重要方法。相比有限元分析法，它具有计算时间短，方便、快捷，且占有CPU容量小的特点。Y.Pang 和
G.Zhang等分别对FSPM电动机建立了非线性模块化参数磁路模型，所建模型均属于平面结构的二维模块化参数磁路模型，所不同的是G.Zhang等建立的是考虑导磁桥的FSPM电动机非线性参数化磁路模型[28]。Yu.Chen 等对单相FSPM电动机建立了三维模块化参数磁路模型，并利用等效磁路模型计算出FSPM电动机的静态特性，等效磁路的计算结果与有限元方法以及样机的实际测试结果吻合度很高[29]。J.T.Chen 等建立了FSPM电动机的双模块参数化磁路模型，该模型能分析电动机的磁路饱和与交错耦合效应，计算结果更精确[30]。太平洋科学宇航电动力学部的Bangura博士给出了两相电励磁磁通切换电动机的输出转矩关系式和输出功率尺寸方程还介绍了基于行为级建模和时步有限元的绕组电感和匝数计算方法[31]。英国的Z.Q.Zhu教授又从FSPM电动机拓扑结构的角度，阐述了各类FSPM电动机的结构特点，包括永磁式、电励磁式、混合励磁式等诸多类型，为研究这三种电动机提供了参考[32]。
国内电动机界的研究者们对磁通切换电动机的研究工作也已逐步展开，诸多高校以及研究机构现有了较为深入的研究并取得了较大的成果，东南大学、浙江大学、沈阳工业大学、南京航天航空大学这几所学校的研究者已经走在了对磁通切换电动机研究者的前列。
3 磁通切换电动机发展趋势
磁通切换电动机具有以下优点：结构简单、坚固耐用，适合宽转速范围运行，具有较高的功率密度和效率，且反电动势常数和输出转矩高于磁链为单极性的普通双凸极电动机。但是磁通切换电动机仍有些问题需要解决，如：铁损对电动机的转矩和控制方面的影响，特定的应用场合的电动机技术也亟待解决。就目前而言，磁通切
换电动机的研究尚处在初级阶段，尚无成熟产品。我国在磁通切换电动机方面的研究起步较晚，同时参与研究的机构也较少。对于磁通切换电动机，可以借鉴研究永磁同步电动机、感应电动机、开关磁阻电动机和双凸极电动机的一般方法、原理以及成果，力求在电动汽车和风力发电等绿色、环保能源领域寻求突破。相关切入点有[33-34]：
1) 开展磁通切换发电动机的研究。对三种电动机开展综合全面的研究，并通过实
际测试及计算，研究其特性，发挥其实际作用。
2) 混合励磁磁通切换电动机的合理结构的研究。在深入分析永磁双凸极、磁通反
向电动机等定子永磁型电动机的基础上，参考混合励磁电动机的设计思路，并结合永磁材料技术和铁心软磁材料等技术的最新发展，探索合理的混合励磁磁通切换电动机结构。
3) 探索电动机与变换器的最佳匹配。充分考虑电动机本体与控制器之间的相互影
响和相互作用，从系统的高度综合电动机本体与控制器的要求，进行电动机优化设计，选择变换器拓扑，确定功率器件参数和控制策略，以其达到综合性能最优和成本最低。
4) 研究方法的改进。借助于有限元分析软件改进非线性建模方法，将现代控制理
论方法与瞬态联合仿真技术相结合，建立磁通切换电动机动、静态特性分析的一般方法。
5) 可靠性技术研究。研究多余度结构的磁通切换电动机，提出切实可行的余度结
构方案；研发模块化、集成化的控制器，优化软、硬件结构，提高系统抗干扰能力和可靠性。
6) 磁通切换型电动机与其他电动机的比较研究。通过对功率密度、负载特性、电
磁特性、控制策略、可靠性、温升、振动、电动机及控制器成本等诸多因素的比较，揭示各自的使用特点。
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电机与拖动 文献综述 学生姓名 学号 院系 专业 完成日期
前言 (2) 电动机发展史 (3) 常用电机的种类及特性 (5) 电机的应用 (7) 我国电机发展趋势及展望 (13) 总结 (16) 参考文献 (18)
电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，是变压器、电动机和发电机的统称。不同类的电机有不同的特性，随着科学技术的不断更新发展，电机技术的改进也在日新月异。同时，电机是一门很实用的课程，配合电机实验，能让学生透彻的了解电机的特性，同时培养学生掌握对电机的实验方法和操作技能。 在现代工业企业中，利用电动机把电能转换成机械能，去拖动各种类型的生产机械按人们所给定的规律运动（即电力拖动），比其他拖动方式有无可比拟的优点。 电力拖动具有良好的调速性能，起动、制动、反转和调速的控制简单方便、快速性好且效率高。电动机的类型很多，具有各种不同的运行特性，可以满足各种类型生产机械的要求。电力拖动系各参数的检测、信号的变换与传送方便，易于实现自动控制。 因此，电力拖动成为现代工业电气自动化的基础。
电动机发展史 1820年7月21日，丹麦哥本哈根大学教授、物理学家奥斯特发现了“电流的磁效应”，建立了电磁的相互联系，诞生了电磁学。1821年英国著名的物理学家法拉第制成了第一个实验电动机的模型，经过40多年时间的研究与发展，终于使电动机得以在工业生产和日常生活中得以广泛应用。在这里我先谈一谈英国物理学家法拉第的一些研究工作。 1831年法拉第经过十余年时间的实验研究终于在8月29日实现了“磁生电”的梦想，发现了电磁感应定律。此外法拉第还发现了电解定律，还对气体放电现象进行了大量的卓有成效的研究，为后来伦琴射线、天然放射性、同位素等的发现准备了条件，为现代物理学的发展奠定了基础。他制造了第一台实验性电动机，发电机、第一台变压器。 电动机简称电机，其在生产和生活中应用最广，小到电动玩具，大到火车，从工厂到农村、从事业单位到企业单位等等。在实际生产生活的应用中的电动机有直流电动机和交流电动机，我分别来谈一谈直流电动机和交流电动机研究发展情况。 一、直流电动机。在电动机的发展中首先发展的是直流电动机，因为我们最先得到和推广的是直流电。直流电动机的发展大致可以分为四个阶段。1、是以永磁体作为磁场的阶段，这是最初直流电动机的共同特点。但是，由于天然磁极比较小，而且其磁性比较弱，电机只能获得很小的功率，获得的动力也是比较小，不过这段时间持续并不长，很快直流电机的发展就进入了第二个阶段。2、以电磁铁作为磁极的阶段。1825年英国的电工家斯特金制成了第一块电磁铁（用16个线圈导线绕制成的），1829年美国物理学家亨利所制成的电磁铁可以举起1吨的货物。1834年雅克比首先在电机中采用电磁铁代替永久磁铁，使其输出功率显著提高，并且首次采用换向装置，大大改变了直流电机的性能。3、第三阶段是改变励磁方式的阶段。励磁技术是直流发电机的一个关键性技术，因为电动机的使用必须要由直流发电机提供电流方可，解决了发电机的技术问题，就可以使电机的应用进入到一个新的阶段。1851年金斯捷首先运用电磁铁代替永久磁体励磁，最初供应电磁铁的电流都是来自他激式的伽伐尼电池，因为不管怎样发电机要发出电流必须先有励磁，而且必须先有电流才能产生磁场励磁。1854年
永磁同步电动机发展现状综述 方案不满足设计需要，设计者必须重新选定修正值再次计算。 4.2 有限元法 为使计算准确，需对电磁场进行分析，比如永磁磁极形状与尺寸、局部退磁现象等。用有限元软件对电磁场数值计算分析，节省了产品的开发成本，为电机的优化设计提供了准确的依据。计算机性能的提高使得电磁场数值计算理论的各种分析方法得以发展。有限元法实质是将问题转化成适合数值求解的结构性问题，它将无限个自由度的连续系统理想化成有限多个自由度单元集合。目前，最常用的有限元仿真软件是ansoft，它能对整个电机系统进行联合仿真。 4.3 场路结合法 磁路法计算速度虽快，但是精确度不高，计算机计算精确度高，但计算较慢且对计算机要求较高。因此，将有限元法与传统的磁路法相结合应用到电机电磁的数值计算中，不仅可以提高计算效率，还可以提升精度。这对电机参数设计有很大的实用价值。场路结合法的基本思路是先参考磁路计算结果，初步建立几何模型，然后通过有限元进行磁场分析，准确计算出等效磁路法中需要修正的系数。 5 永磁同步电动机发展趋势 5.1 永磁无刷直流电动机（BLDCM） 自20世纪80年代起，控制技术，尤其是控制理论策略发展很快，其中一些先进的控制策略，比如滑模控制、变结构控制等正在被引入永磁无刷电动机的控制器中。这为推动高性能向智能化、柔性化、全数字化的发展开辟了新途径。现在人们生活水平越来越高，保护生存
环境的意识不断增强，使用高性能的电机系统成为电机产业发展的必然趋势，并且将来也会在电动车、家用电器等小电机行业中得到更广泛的应用。 5.2 PMSM的发展趋势 PMSM伺服系统因其自身技术和应用领域，将会朝着2个方向发展：①办公自动化设备、简易数控机床、计算机外围设备、家用电器及对性能要求不高的工业运动控制等领域的简易、低成本伺服系统；②高精度数控机床、机器人、特种加工设备精细进给驱动，以及航空、航天用的高性能全数字化、智能化、柔性化的伺服系统。后者更能充分体现伺服系统的优点，它将是今后发展的主要方向。 参考文献 [1]Shoudao Huang，Guangsheng Wang，Jian Gao，et al.Optimization Design Of Permanent Magnet Synchronous Servo Motor With New High Dynamic Performance.International Conference on Electrical Machinas and Systems，2011. [2]王广生，高剑，浦清云，等.不同定转子结构对表贴式永磁电机齿槽转矩的影响[C]//湖南省第四届研究生创新论坛，2011. [3]Studer C，Keyhani A，Sebastian T，et al.Study of Cogging Torque in Permanent Magnet Machines.Electric Machines&Power Systems，1997，27（7）：665-678. [4]Dutta R，Sayeef S，Rahman M F.Cogging Torque Analysis of a Segmented Interior Permanent Magnet Machine.International Electric Machines&Drivers，2007（5）：781-786. [5]王莹，唐任远，曹先庆，等.内置式永磁同步电动机弱磁控制实验研究[J].微电机，2008，41（11）：1-4. [6]李静，程小华.永磁同步电机的发展趋势[J].防爆电机，2009，44（5）：1-4.
永永磁电机综述及退磁分析 1能源的重要 1,1可再生能源研究现状及发展趋势 能源是当今社会存在和发展的基础，随着人们生活水平的提高和社会的发展，人类对能源的需求正在逐渐增大，而能源的短缺正成为制约社会发展的重要因素。对传统能源的开发利用不仅受到资源有限的限制，而且在能源使用的过程中还会产生温室效应和环境污染等全球性问题。因此，通过对新型能源的开发，实现资源的持续利用和人类社会可持续发展具有重要作用。目前可以对新型能源进行开发利用的主要有光伏发电、风力发电、潮汐能发电以及生物能和水力能发电等。近年来，随着电力电子技术的发展，风力发电的利用及其优势开始显现，它是可再生能源中技术最成熟、发展速度最快、最具有商业发展潜力的新能源之一；光伏发电技术具有对环境影响小的优点，但是太阳能光伏电池板和逆变器的高成本限制了其在光照强度不强的地区的应用；潮汐能发电具有对地理位置要求高，发电设备需安装在海底，稳定性差等缺点，因此很难进行大规模开发利用；生物能和水能的利用同样受到地域、成本以及环境的影响，因此对生物能和水能的开发利用也较难。 1.1.1 全球可再生能源研究现状及趋势 进入21世纪，世界各国都加大对风能、光伏等可再生能源的研究利用。发展可再生能源己经成为许多国家对能源进行研究和开发的主要内容。2006年3月，欧盟首脑会议确定到2020年风能、光伏等新型能源消费总量要占到传统能源消费总量的20%；2011年美国提出到2030年全美20%的电力供应由风力发电提供，生物燃料消费量要占汽车燃料消耗量的30%以上；印度在2009年风电装机容量已达到1100万千瓦时，装机总容量排在世界第5位；巴西通过利用甘蔗等本地资源大力发展生物能，到2008年底生物燃料总产量已达两千多万吨，并且计划到2030年底生物能年产能达到750亿升，从而将生物能的生产作为巴西经贸的主要资源。 目前，全球己有60多个国家制定了相关的法律、法规或行动计划，通过立法的强制性手段保障可再生能源战略目标的实现。到2009年底，全球风能和太阳能等可再生能源总共约贡献了1.7%的发电量，占全球能源消费总量的0.7%。风力发电总装机容量增长了31%，生物燃料发电量增长了8%，太阳能发电总装机容量也已达到10000兆瓦以上。总之，目前可再生能源的发展正朝着生产技术逐渐成熟、项目规模逐渐增大、建设快速逐渐加快、投资渠道逐渐增多、生产设备效率逐渐提高、设备维护逐渐便利的方向发展。 1.1.2 我国新能源发展现状及趋势 可再生能源是我国能源资源的重要组成部分，它在环境污染治理、经济社会发展、能源供应和能源结构改造等方面发挥了重大作用。由于政府的大力引导和支持以及市场需求的推动，我国可再生能源的发展具有良好的内外部条件，我国可再生能源开始进入快速发展。2009 年，我国新能源年年产能值相当于2.6亿吨煤的产能，占到我国能源消费总量的8.34%。到2011年底，我国水力发电总装机容量1.97亿千瓦时，居世界第一；风力发电总装机容量达2730万千瓦时，新增装机容量居世界第一，总装机容量居世界第三；太阳能光伏电池年产量达4 千兆瓦时，为全球份额的40%，太阳能热水器总超过1.45亿平方米居世界第一。尽管我国新能源行业各方面发展迅速但其规模化和产业化发展仍然面临诸多问题，主要有：①市场机制成不够熟，使得新能源产业很难和传统能源产业竞争；②能源政策和配套措施不完善，对可再生能源企业扶持力度不够；③企业对新能源的战略地位认识不够，以及对对能源企业发展的衔接性和科学性认识不足；④企业和政府对新能源的研发投入不足；⑤整个产业链体系较薄弱，利润率较低；⑥对我国新能源产业评估不深入，不利于新能源的产业化发展。总之，新能源产品市场竞争力低、成本价格高是我国可再 生能源产业发展面临的主要问题，解决问题的根本途径是大力推进可再生能源的产业化、规模化发展[1]。 能源紧张是影响我国国民经济发展的一个重要问题，也是全世界共同关心的阔题。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。据国际电工委员会（IEC）统计，工业用电动机消耗全世界发电量的30％－40％，我国电机系统用电量约占全国用电量的60%，其中风机、泵类、
磁通切换电动机综述 LI Xinzhe;DOU Ying;WU Xi 【摘要】磁通切换电动机是一种新型无刷结构的双凸极直流电动机.其结构简单、坚固耐用,适合宽转速范围运行,具有较高的功率密度和效率,应用前景比较广泛.介绍永磁、电励磁和混合励磁切换电动机的发展概况,分析永磁磁通切换电动机的分析方法的历程,针对磁通切换电动机研究现状,探讨了磁通切换电动机技术的发展趋势和研究方向. 【期刊名称】《机械制造与自动化》 【年(卷),期】2018(047)006 【总页数】5页(P228-231,235) 【关键词】磁通切换电动机;永磁;电励磁;混合励磁;综述 【作者】LI Xinzhe;DOU Ying;WU Xi 【作者单位】;; 【正文语种】中文 【中图分类】TM33 0 引言 磁通切换型电动机(flux-switching machine, FSM)是一种新型无刷结构的双凸极直流电动机。它具有双凸极电动机的基本特征，但磁通切换电动机的运行原理和控制策略与双凸极电动机却存在很大的差异。磁通切换型电动机既可以作为发电机，
也可以作为电动机。目前国际上对FSM电动机的研究尚停留在初步理论和样机实验阶段；就国内而言，我国对FSM的研究起步相对较晚，目前仍处于研究的初期阶段，且研究成果主要集中在多相永磁磁通切换型电动机的参数计算和建模分析，实际成型的电动机产品应用于实际的并不多。本文主要阐述了该电动机的研究现状及其发展趋势，以期能够更好地推动我国国内在磁通切换电动机领域的研究与发展。 1 磁通切换型电动机分类 磁通切换型电动机FSM主要有两种典型的结构形式：径向磁场磁通切换电动机和轴向磁场磁通切换电动机。电动机磁通切换的运行原理本质上完全相同，两种结构的主要区别在于电动机磁通的路径不同。按照励磁方式划分，FSM电动机可分为 永磁式、电励磁式和混合励磁式三类，本文主要就这三种电动机来介绍磁通切换型电动机的发展。 1.1 永磁磁通切换电动机(FSPM) 永磁电动机具有结构简单，运行可靠等优点，其永磁体安置在定子“U”型铁芯之间，避免了永磁体置于转子时所导致的诸如永磁体固定复杂、散热困难、温升过高等导致的永磁体不可逆退磁等诸多问题。 在1997年的EPE(european conference power electronics and applications)会议上，法国学者E．Hoang提出了磁通切换永磁电动机(flux switching permanent magnet machine，FSPM)的概念，发表了FSPM电动机的学术论文，引起了广泛的关注[1]。该文章介绍了一种三相FSPM电动机的结构，其定子有12个齿，转子有10极，且定子上嵌有12块铁氧体材料的永磁体，并阐述了该电动 机的磁通切换原理，采用二维有限元法分析了电动机的静态特性。2003年，作为欧洲航空局“power optimised aircraft”计划的一部分，针对航天器中加油装置，研究了其中电动机的设计方法，重点从永磁材料的选择上比较了不同材料对该电动机性能的影响[2]。法国Brittany Branch Campus of ENS de Cachan通过比较
正弦波永磁同步电机双闭环变频调速系统及控制综述 摘要本文首先阐述了永磁同步电机优点及，然后分析永磁同步电机的（PMSM）数学模型，阐述了正弦波永磁同步电动机双闭环变频调速的原理。利用Matlab/Simulink设计出一种基于SPWM的PMSM双闭环变频调速系统的改进仿真模型，分析了永磁同步电机在恒转速变转矩情况下的动态响应，并对其仿真结果进行验证。最后通过观察Matlab的仿真波形结果，对正弦波PMSW双闭环变频调速系统进行进一步的研究。 关键词永磁同步电动机（PMSM）；变频调速；双闭环；SPWM 前言 永磁同步电动机有着损耗低、温升低，很高的效率，维修起来非常简单，并且功率因数很好等长处[1]。尤其交流伺服系统中一直受到好评[2]。永磁同步电机在伺服系统和高性能的调速系统中很常见。永磁同步电动机的转子磁链是个定值。永磁同步电机在调速技术的发展非常多，主要是电力电子技术的应用，当前传感器技术方面，常用的自动控制技术等。电动机主要部分是驱动部分，目前最受欢迎的功率器件必须是MOSFET和IGBT。他们有着响应速快，更加容易使用的优点。当然提到变频调速离不开经常要用的PWM和SPWM等方法的调制。永磁同步电动机调速系统的控制很复杂，因此，在研究调速系统时，大多利用MATLAB软件仿真。我们利用MATLAB软件提供的仿真工具SIMULINK对PMSM的变结构控制系统进行了可靠的仿真试验。仿真我们要的理想的波形，因此，需要对分析变频调速系统尽心分析，对可能影响波形的参数进行调参数，最后得到我们需要的参数。 1 永磁同步电机的数学模型建立及基本方程 利用坐标系建立一套数学模型主要是对永磁同步电机深入分析，因为需要它来分析电动机稳定时的各种性能。我们假设：定子绕组电流为三相对称正弦波，忽略其高次谐波、铁心饱和、涡流和磁滞损耗及温度对电机参数的影响、转子无阻尼绕组、相绕组中感应电动势为正弦波。则在坐标系下PMSM数学模型[3]可表示如下： 2 正弦波PMSM双闭环变频调速的基本原理 正弦波PMSW变频调速在基频以下工作在恒转矩工作区，使使用最简单的方法就是让定子电流部分的励磁分量为零。其调速原理步骤是：首先永磁同步电机的供电是由300v的直流电经逆变器逆变来实现。我们需要用传感器PG来测量电机转子转速以及转角大小。且ASR输出的主要是通过给定值和传感器实测值求和得出。然后q-ACR输出的需要经过3s/2s负反馈的与求和得出。再从3s/2s 输出的负电流与输入给定为零的信号作和，然后通过电流调节器（q1-ACR）把信号送到2s/3s中。最后逆变器的电压调制信号[4]主要是2r/3s环节前面给定值、
错误!未定义书签。错误!未定义书签。 永磁同步电机弱磁控制方法 摘要：永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点,在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用。永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求,对其进行弱磁控制并拓宽调速范围有着重要意义。本文针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。基于控制对象的不同，对弱磁控制方法进行分类，并详细介绍了目前比较常见的负id补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法,分析了各方法的原理及特点，得出以电压为控制对象的弱磁方法具有一定发展前景的结论。 关键词：永磁同步电机；弱磁控制；内置式永磁同步电机;矢量控制 The Field Weakening Control Strategy of Permanent Magnet Synchronous Motor Abstract：PMSM because of its high power density，high reliability and high efficiency characteristics，at a higher speed requirements of electric vehicle drive system has been widely used. PMSM weakening control technology must be used to meet the needs of a wide speed range 。And because of its salient pole effect，it is of great significance to broaden the scope of the weak magnetic field of IPMSM. In this paper，the commonly used weakening control method of PMSM are reviewed.Based on the different control object,we classify the weak magnetic control method, and introduces in detail the negative id compensation method, look-up table method，gradient descent method，current angle method，single current regulator method that is used commonly at present，analyzes the principle and characteristics of each method.Finally, we conclude that voltage control field weeking method has development prospects 。 Key words：PMSM；the field weaking control; IPMSM;FOC 1引言 永磁同步电机（Permanent magnet synchronous machine，PMSM）由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用［1, 2］。永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求.永磁同步电机弱磁控制的思想来自对他励直流电机的调磁控制,对永磁同步电机弱磁控制的研究始于20 世纪80 年代中期［3, 4]。并于90 年代初形成了完善的弱磁理论［5]。内置式永磁电机结构简单、鲁棒性高、造价低。对内置式永磁电机进行弱磁控制并拓宽弱磁范围有着重要意义[6］。由于永磁同步电机的励磁磁场是由永磁体产生，在转速要求较高需要弱磁运行的场合难以实现，在某些应用场合受到限制.因而研究永磁电机的弱磁扩速问题,无论是从控制角度还是本体结构的合理设计选取的角度，一直是国内外学者研究解决的热点［7］。所以有必要对现有的永磁同步电机弱磁控制方式进行综合分析研究.本文将针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。文中基于控制对象的不同,对弱磁控制方法进行分类,并详细介绍了目前比较常见的负i d补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法。 2 永磁同步电机弱磁控制研究现状 2.1永磁同步电机控制技术的研究现状 近二十年多年来电动机矢量控制、直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。目前，永磁同步电机调速传动系统仍以采用矢量控制的为多.
【开题报告-电动自行车电动机驱动系统的设计与仿真】电动自行车电动机 开题报告电气工程及自动化电动自行车电动机驱动系统的设计与仿真一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1881年8月在巴黎举行的国际电气展览会上，法国人特鲁夫展出了世界上第一辆电动交通工具：电动三轮车。这是世界电动车史的开端，也是机动车辆上具有划时代意义的一件大事。而此时，燃油汽车还尚未“出世”，它是在二十世纪初才出现的，但是当时由于电动机、电池等关键技术的发展还很不理想，而且电动车速度慢、价格高，这一切都限制了电动车辆推广的步伐，所以它只在贵族阶层中作为玩物流行了一段有限的时间便被随后出现的现对便宜且有速度优势的燃油汽车所取代。到了1933年，电动汽车的数量已经将近为零。在随后的几十年间，电动车辆一直处于发展的低谷，而燃油车辆却发展迅猛，几乎占用了所有的市场。于是，拖着长尾巴的机动车开始横行于世，为今天的能源危机和环境污染问题埋下了隐患。而人们直到七、八十年代才开始关注这两大问题，才把零污染零排放的电动车辆重新推到了前台。
近年来，随着现代城市的飞速发展，城市规模的不断扩大，城市交通问题、环境污染问题和能源紧缺问题日益受到人们的关注。随着社会文明的发展，科学的不断进步，人类物质文化生活水平的提高，社会呼唤着一种无污染、噪声低、操作简单、速度适中的个人交通代步工具的出现。社会的不断发展，往日浩荡的自行车大军明显感到速度和时间不能适应，公交车业不太方便，于是摩托车、燃油助力车盛极一时。但是近年来环保呼声的日益强烈，摩托车、燃油助力车已经成为城市的污染“大户”，许多城市都已停止上牌，于是就给新交通工让出了很大的市场空间。电动自行车作为一种理想的“绿色”代步工具,为人们带来了福音。电能是21世纪清洁、高效和可持续的能源。90年代初以来随着电池性能的提高得到了迅猛的发展,现在已经成为一种呈现勃勃生机的产业。国内外都在竞相开发相关的产品,市场前景非常诱人。据了解，上世纪80年代电瓶车兴盛一时，但是由于技术落后，很快被淘汰。1992年电动自行车的开发被列入国家“八五”重点科技攻关项目，受到重视。而真正意义上的电动自行车上世纪90年代末以研制成功，其产品集微电子、计算机智能控制、化学能源、新材料等新技术与一体。如今电动自行车市场不断扩大，产量也不断提升，同时也促进了电动自行车驱动系统的不断发展。
高速电机发展与设计综述 1.引言 1.1 概述 在高速电机领域的发展一直以来都备受关注，随着现代工业的发展和应用需求的增加，对高速电机的设计和性能要求也越来越高。高速电机的发展与设计是一个复杂而又关键的领域，涉及到电机工程、电子技术、材料科学等多个学科的知识。 概括而言，高速电机是指转速高于常规电机的电机设备。高速电机以其高效率、小体积、轻质量的特点，被广泛应用于航空航天、高速列车、电动汽车等领域。随着科学技术的不断进步和应用需求的不断提升，高速电机的设计和研究也在不断发展。 在过去的几十年中，高速电机的发展历程经历了多个阶段。初期的高速电机主要应用于航空航天领域，如喷气发动机驱动装置等。随着工业和交通领域的不断发展，高速电机在高速列车、电动汽车等领域得到了广泛应用。目前，高速电机已经成为现代工业中不可或缺的重要设备。 高速电机的设计原理是高速电机研究的基础。高速电机的设计原理包括电机的机械结构设计、电磁学设计、热学设计等方面。在电机的机械结构设计中，需要考虑到电机的转子结构、轴承系统、冷却系统等因素。在
电磁学设计中，需要考虑到电机的磁路设计、绕组设计等因素。在热学设计中，需要考虑到电机的散热和温升等因素。高速电机的设计原理的研究与应用可以提高电机的效率和性能。 综上所述，本文将对高速电机的发展与设计进行综述。首先概述了高速电机的概念、特点和应用领域。接着介绍了高速电机的发展历程和设计原理。最后总结了高速电机的发展与设计，并展望了未来的发展趋势。通过本文的综述，读者可以了解到高速电机的发展现状和未来发展的方向，为相关领域的研究与应用提供参考。 文章结构部分的内容如下： 文章结构 本文主要分为引言、正文和结论三个部分。下面将对每个部分的内容进行详细介绍。 引言 引言部分将对本文的内容进行概述，包括高速电机的发展与设计的重要性，以及本文的目的和结构。 1.1 概述 在本部分，我们将介绍高速电机的概念和应用领域。高速电机作为一种关键的电动机类型，在现代工业和交通领域扮演着重要角色。它具有高
目录 1 引言 (1) 2异步电动机传动系统的控制策略 (1) 2.1 转速开环恒压频比控制 (1) 2.2转速闭环转差频率控制 (2) 2.3 矢量控制 (3) 2.4直接转矩控制 (3) 2.5 基于无速度感器的交流传动控制技术 (5) 3 同步电动机传动系统的控制策略 (6) 4 总结与展望 (8) 参考文献 (9)
交流电动机传动系统的控制技术发展综述 刘雪松大连交通大学 1 引言 现代电力电子技术的迅猛发展，新型电力电子器件不断问世，为交流传动奠定了 坚实的物质基础；控制理论的逐步完善大大提高了交流传动系统性能；现代信息技术 日新月异的发展，为控制系统技术的进步提供了保障；交流电机自身无可争辩的优势, 是拓展交流传动系统的良好基础。 交流传动系统在性能上也已取得了长足发展，具备了宽调速范围、高稳速精度、 快速动态响应及四象限运行等良好技术性能，其动、静态特性完全可以和直流传动系 统相媲美，被人们提了多年的“交流传动取代直流传动”的愿望正在变为现实。 交流传动系统之所以能有如此巨大进步,主要得益于电力电子学、微电子学和控制 理论的惊人发展,尤其是先进控制策略的成功应用。纵观交流电机控制策略的发展，先 后涌现出大量的方式方法，其中具有代表性的有：转速开环恒压频比(U/f=常数)控制、转差频率控制、矢量控制(磁场定向控制)、直接转矩控制等。此外，无速度传感器的 交流传动控制技术也已成为近年研究热点。这些策略各有优缺点，在实际应用中必须 根据具体要求适当选择，才能实现最佳效果，能全面了解上述各种控制策略非常重要。本文正是基于此目的，对交流电机的各种控制策略进行了较为全面的综述与比较，力 图反映交流传动在控制策略方面的最新研究进展。 2异步电动机传动系统的控制策略 2.1 转速开环恒压频比控制 最简单的异步电动机变压变频调速系统就是恒压频比控制系统。为了满足低速时 的带载能力，还须备有低频电压补偿功能。转速开环恒压频比控制调速系统通常由数 字控制的通用变频器-异步电动机组成，需要设定的控制信息主要有U/f特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间等，还可以有一系列特殊功能的设定。采用恒压频 比控制时，只要改变设定的“工作频率”信号，就可以平滑地调节电动机转速。低频 时或负载的性质和大小不同时，须靠改变U/f函数发生器的特性来补偿，使系统产生足够的最大转矩。 要使电机的转速得到快速响应，必须有效地控制转矩。开环恒压频比控制只控制 了电机的气隙磁通，而不能调节转矩，可以满足一般平滑调速的需要，但静、动态性
电动车驱动电机及其控制技术综述 摘要：简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上全面分析并比较了电动车要紧电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其操纵系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的进展方向。 1 概述 电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其特殊的优越性与竞争力，而且能够更方便地使用现代操纵技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的进展前景。 现有电动车大致能够分为下列几个要紧部分：蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。不管何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都能够分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，要紧包含电动机、功率电子元器件及操纵部分。如图1所示。 其中，电动车驱动系统均具有相同或者相似的功能模块，如图2所示。 2 电动车电气驱动系统比较 电动机的类型对电气驱动系统与电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上要紧就是对不一致电动机及其操纵方式进行比较与分析。目前正在应用或者开发的电动车电动机要紧有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所构成的驱动系统，其总体比较如下表所示。 电动车电气驱动系统用电动机比较表 下面分别对这几种电气驱动系统进行较为全面地分析与阐述。 2.1 直流驱动系统
直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩操纵特性，因此直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的要紧研发对象。而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。 但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器保护困难，很难向大容量、高速度进展。此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。此外，直流电动机价格高、体积与重量大。随着操纵理论与电力电子技术的进展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。因此，目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐步淘汰了直流驱动系统。 2.2 感应电动机驱动系统 2.2.1 感应电动机 电动车感应电动机与通常感应电动机相比较具有下列特征： （1）稳固运行时，与通常感应电动机工况相似。 （2）驱动电动机没有通常感应电动机的起动过程，转差率小，转子上的集肤效应不明显。 （3）运行频率不是50hz，而是远远在此之上。 （4）使用变频调速方式时，转速与极数之间没有严格对应关系。 为此，电动车感应电动机设计方面如下特点： （1）尽力扩大恒转矩区，使电动机在高速运转时也能有较高转矩。而要提高转矩，则需尽量减小定转子之间的气隙，同时减小漏抗。 （2）更注重电动机的电磁优化设计，使转矩、功率与效率等因素达到综合最优。 （3）减少重量、体积，以增加与车体的适配性。 2.2.2 操纵技术 应用于感应电动机的变频操纵技术要紧有三种：v/f操纵、转差频率操纵、矢量操纵。20世纪90年代往常要紧以pwm方式实现v/f操纵与转差频率操纵，但这两种操纵技术因转速操纵范围小，转矩特性不理想，而关于需频繁起动、加减速的电动车不太适宜。近几年
电机拖动课程综述 《电机及拖动基础》 课程综述报告 专业及班级_____ 姓名 学号1 授课老师_____________ 孙强 完成时间2021年6月20号 课程综述得分表 注：课程综述评分标准可参见《学生课程综述应包含的内容及评分标准》 1. 课程简介 《电机拖动基础》是大三下学期最重要的一门专业课之一，人类对电机的使用，解放了人类的双手，提高了劳动生产率。电机是随着生产发展而产生和发展的，电机的发展也向着性能良好、运行可靠、单位容量的重量轻、体积小等方向发展。电机及拖动基础是电气工程及其自动化专业的必修课，专业教学中占有极为重要的地位，主要使学生将知识学明白、学扎实，并具有一定的实践能力和研究能力。本课程是专业性、实践性很强的课程。《电机拖动基础》的主要内容包括：直流电机、电机拖动系统的运动方程、直流电机拖动系统的静态特性和动态特性、变压器、交流电机基础、异步电机拖动系统的静态特性、同步电动机以及电动机的容量选择。此课程介绍了电机的基本结构、工作原理、内部电磁物理过程和能量关系，深入地论述了电机拖动系统的基本理论和特性。并且着重基本原理和物理概念的阐述。 2．主要内容 第一章磁路 介绍了磁路的基本知识和基本定律，也介绍了铁磁物质的分类及其磁化特性。
第二章直流电机 直流电机的工作原理建立在电磁相互作用的基础上的，分析了直流电机的工作原理、结构及其磁场；介绍了其运行原理，感应电动势及电磁转矩的计算。 第三章变压器 变压器是传递电能或传输信号一种器件。叙述了变压器的工作原理及主要结构，并重点介绍了变压器的参数测定。同时本章的最后也介绍了自耦变压器和互感器的一些原理。 第四章异步电机（一）三相异步电动机的基本原理 三相异步电动机的工作原理是定子上对称三相绕组中通过对称三相交流电 异步电机（二）三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机首先分析了异步电机负载运行时的电磁过程，然后将其与相关公式相结合，推导出等效电路及向量图，据此详细介绍了异步电机的工作特性及其参数测定，最后介绍了单向异步电机的基本原理。 第六章同步电机 三相同步电机的转子电流的转差频率等于零，电机的转速始终是同步转速，它是三相异步电动机的一种特殊情况.本章主要介绍同步电机的工作原理、基本结构以及其运行特性。 第七章控制电机 主要介绍了几种常用控制电机（伺服电机、同步电机等）的工作原理、基本结构以及其机械特性。 第八章电力拖动系统动力学基础 主要介绍了电力拖动的机械特性和过渡过程有关的理论知识，第九章直流电动机的电力拖动 本章主要分析了他励直流电机的各种运转状态的物理概念、使用条件和固有机械特性及机械特性，介绍了其启动、制动与调速的方法和特性以及他们的过渡过程；晶闸管-直流电机系统的机械特性和调速性能；他励直流电机的能量损耗及其减小方法。
三速电动机变级调速控制设备文献综述 专业：机械设计制造及其自动化班级：08机械设计制造及其自动化（班）作者：毛海翔指导老师：帅贵生 1前言 电动机调速的研究始于20世纪60年代，已经取得了许多可喜的成果。近年来，电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，为交流调速技术的发展创造了有利条件,使交流电动机调速和控制提高到了一个新的水平。国内外都十分重视开发研究交流电动机的调速技术，目前在发达国家中，很多直流调速已经被交流调速所取代，从而避免了直流电动机换向困难、维修不便等缺点。世界上有60％左右的发电量是通过电动机消耗的。据统计，我国各类电动机的装机容量已超过4亿kW，在目前4亿kW的电动机负载中，约有50％的负载是变动的，其中的30％可以使用电动机调速。因此，就目前的市场容量考虑，约有6000万kW的调速电机市场。电动机只有在额定负载下运行效率才高，由于安全等方面的考虑，电动机常常处于低效运行状态。因此，电机调速节能一直被广泛关注。风机和泵类采用电动机调速装置来代替阀门和挡板调节流量,有明显节电效果。这是因为由交流电动机驱动的风机和泵类都是平方转矩负载。它们的流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。即电机转速降低 1/2时，所需功率降至原来的1/8，由此可见调速节能的重要意义。 变极调速电动机是改变电动机定子绕组的接线方式来改变电动机的磁极对数，从而可以有级地改变同步转速，实现电动机转速有级调速。这种调速电动机目前有定型系列产品可供选用，比如单绕组多速电动机．它既有优点也有缺点，优点：无附加差基损耗，效率高；控制电路简单，易维修，价格低；与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。缺点：有级调速，不能实现无级平滑的调速。且由于受到电机结构和制造工艺的限制，通常只能实现2～3种极对数的有级调速，调速范围相当有限变极调速技术是通过采用变极多速电动机实现调速的。这种多速电动机大都为笼型转子电动机，其结构与基本系列异步电动机相似，现国内生产的有双、三、四速等3类。采用该项技术需要增加的初始投资平均为50元/kW，年运行费用基本不变，节电率按30%计算，用户投资回收期为三四个月。 在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、
混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性 徐妲;林明耀;付兴贺;郝立;张蔚;赵纪龙 【摘要】提出一种混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机,以一台12/11极电机为例分析电机的结构特点和工作原理.基于三维有限元方法研究该电机静态特性,对空载永磁磁场和气隙磁通密度进行分析,研究永磁磁链、反电动势、定位力矩及绕组电感等电磁特性,分析不同励磁电流下的气隙磁场分布和调磁特性.结果表明:该种电机的磁链和反电动.势均为双极性的正弦分布,适于无刷交流运行场合;通过调节励磁电流,线圈匝链磁通变化明显,调磁效果较好. 【期刊名称】《电工技术学报》 【年(卷),期】2015(030)002 【总页数】6页(P58-63) 【关键词】混合励磁;轴向磁场;磁通切换;静态特性 【作者】徐妲;林明耀;付兴贺;郝立;张蔚;赵纪龙 【作者单位】东南大学电气工程学院南京210096;江苏省智能电网技术与装备重点实验室镇江212009;东南大学电气工程学院南京210096;江苏省智能电网技术与装备重点实验室镇江212009;东南大学电气工程学院南京210096;江苏省智能电网技术与装备重点实验室镇江212009;东南大学电气工程学院南京210096;江苏省智能电网技术与装备重点实验室镇江212009;东南大学电气工程学院南京210096;东南大学电气工程学院南京210096;江苏省智能电网技术与装备重点实验室镇江212009
【正文语种】中文 【中图分类】TM351 1 引言 永磁电机由永磁体产生磁场，无励磁损耗，效率高且工作稳定可靠，但磁场调节困难。混合励磁电机是一种磁通可控型永磁电机，兼具永磁电机效率高和电励磁电机气隙磁场平滑可调的优点，特别适合于恒功率调速驱动和恒压发电等领域的应用，在工业应用领域具有广阔的应用前景[1,2]。 近年来，国内外学者提出并研究了多种混合励磁电机结构，包括磁极分割式[3,4]、爪极式[5,6]、组合转子式[7]、并列结构式[8,9]、转子磁分路式[10]、永磁-感应子式[11]等。这几类混合励磁电机的永磁体均位于转子上，属于转子永磁型混合励磁电机。该类永磁型电机转子结构复杂，转子散热困难，较高的温升可能引起永磁体不可逆退磁、电机出力减小等问题。 磁通切换型永磁电机是一种定子永磁型电机，由法国学者E.Hoang 于1997 年提 出[12]。该种电机定、转子都采用双凸极结构，永磁体和绕组均置于定子上，转子上既无永磁体也无绕组，结构简单，易于散热冷却，机械强度高。目前的研究结果表明，这种电机具有体积小、工作可靠、功率密度高和效率高等优点[13,14]。磁 通切换永磁电机采用永磁体励磁方式，无法直接改变磁场强度，作发电机运行时存在电压调整率大和故障灭磁困难的问题，作电动机运行时存在难以实现弱磁升速，恒功率运行范围窄等缺点。 混合励磁磁通切换电机兼具磁通切换电机和混合励磁电机的优点，通过控制励磁电流的大小和方向调节气隙磁通密度[15-18]。研究表明，文献[15]中永磁体磁路容 易通过励磁绕组端部铁心形成回路，电枢绕组匝链磁通较少，永磁体利用率不高。
摘要 三相异步电动机是世界上最常见的电动马达。它的流行是因其坚固耐用，结构简单，易保护，尺寸规范并且成本较低。三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。其转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。本实验设计运用三相异步电动机实现正反转控制。与单相异步电动机相比，其运行性能更好，并可节省各种材料。且生产中许多机械设备往往要求运动部件能向正反两个方向运动。如机床工作台的前进与后退起重机的上升与下降等, 这些生产机械要求电动机能实现正反转控制。改变通入电动机定子绕组的三相电源相序, 即把接入电动机的三相电源进线中的任意两根对调, 电动机即可反转。 关键词：电动马达；定子；转子；转速；电磁转矩；正反转。 目录 引言 (1) 1 三相异步电动机概述 (1) 1.1 三相异步电动机的工作原理 (1) 1.2 三相异步电动机的分类 (2) 1.3 三相异步电动机的结构 (2) 1.31 三相异步电动机的定子（静止部分） (2) 1.32 三相异步电动机的转子（旋转部分） (4) 1.33三相异步电动机的其它附件 (4) 1.4三相异步电动机的铭牌 (4) 2 三相异步电动机正反转控制电路的特点与应用 (5) 2.1 三相异步电动机正反转控制电路的特点 (5) 2.11. 三相异步电动机正反转控制电路的主、控制电路 (5) 2.12 按钮、接触器联锁的正反转控制电路特点及应用分析 (6) 2.2 交流接触器的正反转自动控制线路工作过程及分析 (7)
【解析】集成式车载充电系统技术及解决方案 一、引言 近年来，随着能源危机和环境问题的日益突出，产业界和科研界都对电动汽车的研发投入了极大关注，也带来了全球范围内电动汽车产业的高速发展，使得目前电动汽车产品在驱动性能等方面取得了长足进步。然而，受制于电池技术，“里程焦虑”仍是困扰消费者购置电动汽车的主要瓶颈。因此，研发便捷、快速、低成本的电动汽车用充电机，具有重要的现实意义。 电动汽车充电机可分为车载充电机和非车载独立充电机。对于非车载独立充电机，公共大型充电站可以满足电动汽车大功率快充需求，但存在建设成本高、周期长等问题，在中大型城市还存在建设用地紧张等问题；另一方面，私人充电桩也存在线路改造复杂、车位空间限制等局限。因此，从便利性角度，车载充电机因其不依赖充电桩的特性而得到了日益广泛的应用。然而，对于整车厂而言，传统中功率等级车载充电机会显著增加整车成本和质量，挤占车内有限空间，与目前整车轻量化的趋势不符，也限制了车载充电机在电动汽车中的大规模推广。 基于以上情况，近十年，一种集成式车载充电系统引起了学界和产业界的持续关注，其一般结构如图1所示，具有以下特点与优势：
（1）该类系统的一般原理：停车时，将电动汽车中电机驱动系统重构为充电机，由市电对电池进行充电，实现了驱动电机和功率器件的分时复用，仅需少量增加或不增加额外功率器件，在成本、质量和体积方面具备明显优势。 （2）在重构而成的集成式车载充电机中，电机绕组一般作为电网侧线电感使用；驱动逆变器则通常被重构为全控型整流器或直流变换器，完成电能转换并给车辆动力电池充电。 （3）一般而言，电动汽车电驱系统在功率等级方面要远大于其充电系统，因此，该类集成式车载充电机在理论上可以实现大功率快速充电。 鉴于以上优势，自1985年集成式充电系统思路出现以来，各国学者对该类系统展开了全方位的研究。特别是近年来，随着现代电力电子技术和电机驱动控制技术的高速发展，相应地，基于不同类型电机和不同拓扑驱动器的集成式充电系统相继出现，它们各具特点、性能各异。因此，有必要对现有集成式车载充电机拓扑和控制方法进行总结归纳，以对后续研究工作提供指导和帮助。 另一方面，电动汽车领域对电机及其驱动系统的调速范围和容错能力都提出了更高要求，因此，继承了传统永磁电机高效率、高功率密度特点，同时又兼具电励磁电机磁场直接调节能力的混合励磁型电机，在电动汽车领域受到了越来越多的关注。而混合励磁型电机在构造集成式充电系统时，因其特殊的电机结构和电磁特性，会具有多种优势，为集成充电系统的发展提供了新的技术方案。 综上所述，本文将首先综述现有的各类集成式车载充电系统拓扑。区别于目前已发表的多篇关于该类系统的综述文献（大多从电机数量、电机类型、系统集成度等角度进行归类介绍），本文将详细分析集成式充电系统在拓扑结构和控制方法两方面存在的多个关键技术问题，以问题为导向，综述现有各类集成式车载充电系统及其控制方法对以上问题的解决方案；其次，深入分析混合励磁电机在构建该类型系统中的特点与优势，并以一台五相混合励磁型磁通切换电机为例，验证所提出观点的正确性。最后，总结全文，并对集成式车载充电系统的后续发展进行展望。