可變磁通永磁記憶電機(jī)的理論研究.pdf

1、可變磁通永磁記憶電機(jī)(VFMM)是一種氣隙磁通可調(diào)的新概念永磁電機(jī)，它既有永磁電機(jī)高效率的優(yōu)點(diǎn)，又有電勵(lì)磁電機(jī)可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁的特點(diǎn)。深入研究其調(diào)磁機(jī)理、特性分析、電磁設(shè)計(jì)方法和調(diào)磁控制技術(shù)，對(duì)于形成該類永磁電機(jī)系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)理論和促進(jìn)其應(yīng)用具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文首先以具有基本結(jié)構(gòu)VFMM為對(duì)象，研究了此類電機(jī)的調(diào)磁機(jī)理、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)調(diào)磁特性影響、永磁體磁化狀態(tài)的確定方法等一系列關(guān)鍵理論和技術(shù)，設(shè)計(jì)了一臺(tái)V

2、FMM樣機(jī)驗(yàn)證了調(diào)磁機(jī)理的理論分析。在此基礎(chǔ)上，提出一種混合永磁VFMM，并對(duì)此電機(jī)進(jìn)行了磁場(chǎng)分析和參數(shù)計(jì)算，給出了電機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)理論，并制作了一臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后，建立了此類電機(jī)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略并進(jìn)行了仿真。論文主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下：
　　 深入研究了VFMM的調(diào)磁機(jī)理，分析了VFMM在不同磁化電流作用下永磁體內(nèi)的磁通密度、磁場(chǎng)強(qiáng)度以及氣隙磁通等的變化，獲得了電機(jī)去磁和充磁時(shí)的調(diào)磁規(guī)律，為此類電機(jī)

3、的理解和合理設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。提出了VFMM永磁體去磁和重新磁化模型，并將此模型結(jié)合有限元分析對(duì)永磁體調(diào)磁后的磁化狀態(tài)進(jìn)行了估計(jì)，為VFMM的理論分析和永磁體的精確磁化控制提供了一種快速有效的研究方法。制作了一臺(tái)VFMM樣機(jī)驗(yàn)證了調(diào)磁機(jī)理。
　　 采用有限元分析方法研究了VFMM永磁體形狀變化、非磁性?shī)A層、定子軛尺寸、永磁體內(nèi)的渦流等對(duì)電機(jī)調(diào)磁特性尤其是弱磁特性的影響，包括電機(jī)的最大去磁安匝數(shù)、調(diào)磁效果、飽和充磁安匝數(shù)、空載氣隙磁

4、通、氣隙磁密、永磁體磁密變化等，得到了一些有益的結(jié)果。
　　 提出一種混合永磁VFMM，基于有限元分析和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)對(duì)電機(jī)靜態(tài)特性進(jìn)行了較為深入全面的分析，具體包括電機(jī)空載磁場(chǎng)分布及空載調(diào)磁特性、空載磁鏈特性、反電動(dòng)勢(shì)特性、繞組電感特性、定位力矩和電磁轉(zhuǎn)矩特性等。樣機(jī)的實(shí)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　 詳細(xì)闡述了混合永磁VFMM的電磁設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法。給出了電機(jī)的一般化尺寸方程，隨后對(duì)電機(jī)主要尺寸初步估算、定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

5、等進(jìn)行了詳細(xì)論述與探討。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了混合永磁式21槽4極樣機(jī)一臺(tái)。設(shè)計(jì)了采用電容對(duì)磁體飽和磁化系統(tǒng)。
　　 詳細(xì)推導(dǎo)了VFMM定子坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，主要包括磁鏈方程、電壓平衡方程、功率平衡方程及機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程等；提出了VFMM調(diào)速系統(tǒng)的控制策略及其具體實(shí)現(xiàn)方法。根據(jù)所建立的VFMM數(shù)學(xué)模型及調(diào)速系統(tǒng)控制策略，采用MATLAB軟件的Simulink/SPS工具箱建立了VFMM調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)電機(jī)的各種工作

6、狀況進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。
　　 搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)在不同定子磁化電流下VFMM的調(diào)磁特性作了深入細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究，具體包括空載相反電動(dòng)勢(shì)波形、連續(xù)去磁和充磁、不同磁化電流脈沖寬度及不同轉(zhuǎn)子位置角對(duì)調(diào)磁特性影響。掌握了電機(jī)調(diào)磁水平隨定子直軸磁化電流的變化規(guī)律。對(duì)混合永磁VFMM的調(diào)磁性能作了實(shí)驗(yàn)研究。
　　 本文針對(duì)基本結(jié)構(gòu)VFMM電機(jī)以及混合永磁VFMM電機(jī)開(kāi)展的分析、設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)驗(yàn)研究工作，有助于理解該類電機(jī)的調(diào)磁機(jī)理，并