爪极记忆电机的在线调磁机理与特性研究
发布时间：2022-01-14 10:16
永磁电机为了能在运行中获得较大的调速范围大多采用传统的矢量控制弱磁扩速方法,但是这种方法存在着一些缺点:调速范围仍受到母线电压、逆变器容量的限制;直轴电流增加了励磁损耗,降低了高速运行时的效率。针对上述问题,本文将记忆电机的理念应用在爪极电机中,提出了一种可变磁通爪极记忆电机。它通过施加电流脉冲直接改变永磁体的磁化程度,因此几乎没有励磁损耗。首先,介绍了爪极记忆电机的结构和工作原理。分析了爪极记忆电机在设计之中由于特殊的爪极结构和期望的调磁范围而产生的特点。分析电机内部磁通路径,分块计算磁路各部分的磁导,建立了电机的等效磁路模型。通过有限元仿真分析电机的空载反电势,负载转矩等参数,确定了电机设计的合理性。其次,用设计的磁路装置测量了铝镍钴样品的多组磁滞回线,从中分析了铝镍钴的磁化曲线在调磁过程中的变化特点,并总结了规律。通过有限元仿真分析了实验数据的误差。在平行四边形磁滞模型的基础上提出了改进模型,并利用实验数据对比分析了模型改进前后的准确性,分析了利用模型对电机调磁过程仿真的准确性。根据铝镍钴磁滞回线在调磁过程中的变化特点,提出了在有限元软件中利用磁滞模型的分步仿真方法。然后,为了给...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外永磁转子爪极电机结构
它的转子是由两个带爪的法兰盘和其间的一个圆环形永磁体组成[33-34]。混合励磁爪极电机由永磁体和励磁线圈共同励磁，在不提高励磁电流的情况下提高了气隙磁密，提高了电机的功率密度并改善了电机的低速性能。同时，混合励磁爪极电机励磁磁通可调，作为电动机运行时可以通过增磁和弱磁获得较大的转速范围。国内外的学者提出了许多混合励磁爪极电机的拓扑结构，根据永磁体磁路与励磁绕组磁路之间的关系，可以分为串联磁路混合励磁爪极电机和并联磁路混合励磁爪极电机[35-36]。一个典型的串联磁路混合励磁爪极电机结构如图1-4所示，其结构与普通的电励磁结构基本相同，只是在上下两个爪极之间加了轴向磁化的永磁体，永磁体产生的磁场与线圈产生的磁场呈串联结构。永磁磁通和线圈产生的磁通路径相同，都是从先从转子轴部出发沿上爪流动，再从爪根到爪尖的流动过程中逐渐穿出转子，进入定子，在与定子绕组交链后从定子回到下爪，再沿下爪回到转子轴部完成闭合回路。由于永磁体的磁阻比较大，这种结构在调节励磁时，需要较大的励磁电流。同时，这种结构的爪极电机气隙磁密不会很大。中北大学的杜飞用仿真的方法对该混合励磁电机与传统电励磁电机进行了比较[37]。上海电机学院的张达研究了磁钢厚度和极对数的选择策略[38]。(a)电机结构(b)磁通路径图1-4串联磁路混合励磁爪极电机结构一个并联磁路混合励磁爪极电机结构如图1-5所示。为了增强磁场强度，除了放置在转子轴部的永磁体外，这种结构还在转子侧面爪极根部放有轴向磁化的圆环形辅助永磁体。电励磁的线圈放在定子端部，产生轴向磁通。放置在电机端部的导磁环和可以导磁的电机外壳共同组成了一个磁通路径。此外定子铁心和导磁外壳间还放有隔磁材料。该电机位于轴部的主磁通路径与电励?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-后从下爪返回转子，然后通过导磁外壳回到原点完成磁通的闭环。该磁通与主磁通形成并联的关系。RabebRebhi等人对此结构电机建立了等效磁路模型，并考虑了磁路饱和的影响，最后通过仿真进行了验证[39]。(a)电机结构(b)磁通路径图1-5并联磁路混合励磁爪极电机结构1然而上述结构机壳的磁阻较大，机壳和定子之间还需要插入非导磁材料进行隔磁，加工复杂；而且该结构占据的空间过大，且空间利用率不高。G.Dajaku提出了一个改进结构，如图1-6所示。该结构的线圈与电励磁结构相同，产生的磁通的路径也相同。永磁体产生的磁通经过导磁环结构与定子绕组交链，省去了导磁机壳的庞大结构，磁阻更小，而且空间紧凑[40]。(a)永磁体安装方式(b)永磁体磁通路径图1-6并联磁路混合励磁爪极电机结构2山东大学的乔东伟对另一种结构的并联磁路混合励磁爪极电机进行了研究[41]。该电机的结构如图1-7所示，在传统的电励磁爪极电机的基础上在两爪之间的间隙中，一半安放切向磁化的永磁体，一半用于将两个爪极用非导磁材料焊接在一起，焊点和永磁体交错排列。同时在上爪极掌部分嵌入励磁支架，并在支架上安放励磁线圈。励磁支架固定在静止的机壳上，从而省去了电刷、滑环，提高了可靠性。为了便于电机制造时爪极之间永磁体的安放，从敏将爪极形状改进为直角梯形[42]，如图1-8所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维有限元的混合励磁爪极电机仿真研究[J]. 杜飞,姚舜才,王晓丹,安坤. 微特电机. 2019(01)
[2]世界稀土资源现状[J]. 张博,宁阳坤,曹飞,杨卉芃. 矿产综合利用. 2018(04)
[3]外永磁转子爪极电机空载气隙磁场解析计算[J]. 刘光伟,张凤阁,魏瀚阳,赵鑫. 电工技术学报. 2014(01)
[4]记忆电机的研究综述及最新进展[J]. 林鹤云,阳辉,黄允凯,房淑华. 中国电机工程学报. 2013(33)
[5]外永磁转子爪极电机磁路模型的建立与参数计算[J]. 张凤阁,刘光伟,白海军. 电工技术学报. 2012(06)
[6]混合永磁记忆电机特性分析和实验研究[J]. 林鹤云,刘恒川,黄允凯,房淑华. 中国电机工程学报. 2011(36)
[7]可变磁通永磁记忆电机调磁特性[J]. 刘恒川,林鹤云,黄明明,颜建虎. 电工技术学报. 2010(11)
[8]串联磁路混合励磁爪极同步发电机的结构设计[J]. 张达,赵朝会,朱磊,俞冲,丁叶文,田程程. 上海电机学院学报. 2008(03)
[9]混合励磁无刷爪极电机磁场三维有限元分析[J]. 张玉春,杨成峰. 微电机. 2007(09)
[10]软磁复合材料在电机中的应用[J]. 黄允凯,朱建国,胡虔生. 微特电机. 2006(11)
博士论文
[1]变磁通记忆电机转矩和充退磁控制研究[D]. 陈俊桦.华中科技大学 2018
[2]新型磁通切换型可变磁通记忆电机研究[D]. 阳辉.东南大学 2017
[3]混合动力车用无刷爪极双转子电机的研究[D]. 吴芊.哈尔滨工业大学 2013
[4]新型混合励磁无刷爪极发电机的研究[D]. 乔东伟.山东大学 2013
[5]轴向分段式外永磁转子爪极电机研究[D]. 白海军.沈阳工业大学 2010
[6]新型双凸极记忆电机的研究[D]. 龚宇.上海大学 2010
[7]内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机的研究[D]. 陈益广.沈阳工业大学 2008
硕士论文
[1]电动汽车用变磁通永磁同步电机的设计和研究[D]. 孙阿芳.华中科技大学 2016
[2]新型混合励磁爪极电机及其弱磁调速研究[D]. 从敏.山东大学 2016
[3]车用混合励磁爪极电机设计与优化[D]. 孟恒.沈阳工业大学 2015
[4]汽车用混合励磁爪极发电机的研究[D]. 刘刚.湖北工业大学 2012
本文编号：3588325
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外永磁转子爪极电机结构
它的转子是由两个带爪的法兰盘和其间的一个圆环形永磁体组成[33-34]。混合励磁爪极电机由永磁体和励磁线圈共同励磁，在不提高励磁电流的情况下提高了气隙磁密，提高了电机的功率密度并改善了电机的低速性能。同时，混合励磁爪极电机励磁磁通可调，作为电动机运行时可以通过增磁和弱磁获得较大的转速范围。国内外的学者提出了许多混合励磁爪极电机的拓扑结构，根据永磁体磁路与励磁绕组磁路之间的关系，可以分为串联磁路混合励磁爪极电机和并联磁路混合励磁爪极电机[35-36]。一个典型的串联磁路混合励磁爪极电机结构如图1-4所示，其结构与普通的电励磁结构基本相同，只是在上下两个爪极之间加了轴向磁化的永磁体，永磁体产生的磁场与线圈产生的磁场呈串联结构。永磁磁通和线圈产生的磁通路径相同，都是从先从转子轴部出发沿上爪流动，再从爪根到爪尖的流动过程中逐渐穿出转子，进入定子，在与定子绕组交链后从定子回到下爪，再沿下爪回到转子轴部完成闭合回路。由于永磁体的磁阻比较大，这种结构在调节励磁时，需要较大的励磁电流。同时，这种结构的爪极电机气隙磁密不会很大。中北大学的杜飞用仿真的方法对该混合励磁电机与传统电励磁电机进行了比较[37]。上海电机学院的张达研究了磁钢厚度和极对数的选择策略[38]。(a)电机结构(b)磁通路径图1-4串联磁路混合励磁爪极电机结构一个并联磁路混合励磁爪极电机结构如图1-5所示。为了增强磁场强度，除了放置在转子轴部的永磁体外，这种结构还在转子侧面爪极根部放有轴向磁化的圆环形辅助永磁体。电励磁的线圈放在定子端部，产生轴向磁通。放置在电机端部的导磁环和可以导磁的电机外壳共同组成了一个磁通路径。此外定子铁心和导磁外壳间还放有隔磁材料。该电机位于轴部的主磁通路径与电励?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-后从下爪返回转子，然后通过导磁外壳回到原点完成磁通的闭环。该磁通与主磁通形成并联的关系。RabebRebhi等人对此结构电机建立了等效磁路模型，并考虑了磁路饱和的影响，最后通过仿真进行了验证[39]。(a)电机结构(b)磁通路径图1-5并联磁路混合励磁爪极电机结构1然而上述结构机壳的磁阻较大，机壳和定子之间还需要插入非导磁材料进行隔磁，加工复杂；而且该结构占据的空间过大，且空间利用率不高。G.Dajaku提出了一个改进结构，如图1-6所示。该结构的线圈与电励磁结构相同，产生的磁通的路径也相同。永磁体产生的磁通经过导磁环结构与定子绕组交链，省去了导磁机壳的庞大结构，磁阻更小，而且空间紧凑[40]。(a)永磁体安装方式(b)永磁体磁通路径图1-6并联磁路混合励磁爪极电机结构2山东大学的乔东伟对另一种结构的并联磁路混合励磁爪极电机进行了研究[41]。该电机的结构如图1-7所示，在传统的电励磁爪极电机的基础上在两爪之间的间隙中，一半安放切向磁化的永磁体，一半用于将两个爪极用非导磁材料焊接在一起，焊点和永磁体交错排列。同时在上爪极掌部分嵌入励磁支架，并在支架上安放励磁线圈。励磁支架固定在静止的机壳上，从而省去了电刷、滑环，提高了可靠性。为了便于电机制造时爪极之间永磁体的安放，从敏将爪极形状改进为直角梯形[42]，如图1-8所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维有限元的混合励磁爪极电机仿真研究[J]. 杜飞,姚舜才,王晓丹,安坤. 微特电机. 2019(01)
[2]世界稀土资源现状[J]. 张博,宁阳坤,曹飞,杨卉芃. 矿产综合利用. 2018(04)
[3]外永磁转子爪极电机空载气隙磁场解析计算[J]. 刘光伟,张凤阁,魏瀚阳,赵鑫. 电工技术学报. 2014(01)
[4]记忆电机的研究综述及最新进展[J]. 林鹤云,阳辉,黄允凯,房淑华. 中国电机工程学报. 2013(33)
[5]外永磁转子爪极电机磁路模型的建立与参数计算[J]. 张凤阁,刘光伟,白海军. 电工技术学报. 2012(06)
[6]混合永磁记忆电机特性分析和实验研究[J]. 林鹤云,刘恒川,黄允凯,房淑华. 中国电机工程学报. 2011(36)
[7]可变磁通永磁记忆电机调磁特性[J]. 刘恒川,林鹤云,黄明明,颜建虎. 电工技术学报. 2010(11)
[8]串联磁路混合励磁爪极同步发电机的结构设计[J]. 张达,赵朝会,朱磊,俞冲,丁叶文,田程程. 上海电机学院学报. 2008(03)
[9]混合励磁无刷爪极电机磁场三维有限元分析[J]. 张玉春,杨成峰. 微电机. 2007(09)
[10]软磁复合材料在电机中的应用[J]. 黄允凯,朱建国,胡虔生. 微特电机. 2006(11)
博士论文
[1]变磁通记忆电机转矩和充退磁控制研究[D]. 陈俊桦.华中科技大学 2018
[2]新型磁通切换型可变磁通记忆电机研究[D]. 阳辉.东南大学 2017
[3]混合动力车用无刷爪极双转子电机的研究[D]. 吴芊.哈尔滨工业大学 2013
[4]新型混合励磁无刷爪极发电机的研究[D]. 乔东伟.山东大学 2013
[5]轴向分段式外永磁转子爪极电机研究[D]. 白海军.沈阳工业大学 2010
[6]新型双凸极记忆电机的研究[D]. 龚宇.上海大学 2010
[7]内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机的研究[D]. 陈益广.沈阳工业大学 2008
硕士论文
[1]电动汽车用变磁通永磁同步电机的设计和研究[D]. 孙阿芳.华中科技大学 2016
[2]新型混合励磁爪极电机及其弱磁调速研究[D]. 从敏.山东大学 2016
[3]车用混合励磁爪极电机设计与优化[D]. 孟恒.沈阳工业大学 2015
[4]汽车用混合励磁爪极发电机的研究[D]. 刘刚.湖北工业大学 2012
本文编号：3588325
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