可變磁通永磁記憶電機的理論研究.pdf

1、可變磁通永磁記憶電機(VFMM)是一種氣隙磁通可調的新概念永磁電機，它既有永磁電機高效率的優(yōu)點，又有電勵磁電機可以調節(jié)勵磁的特點。深入研究其調磁機理、特性分析、電磁設計方法和調磁控制技術，對于形成該類永磁電機系統(tǒng)的分析設計理論和促進其應用具有重要的理論意義與工程應用價值。
　　 本文首先以具有基本結構VFMM為對象，研究了此類電機的調磁機理、轉子結構對電機調磁特性影響、永磁體磁化狀態(tài)的確定方法等一系列關鍵理論和技術，設計了一臺V

2、FMM樣機驗證了調磁機理的理論分析。在此基礎上，提出一種混合永磁VFMM，并對此電機進行了磁場分析和參數計算，給出了電機設計的系統(tǒng)理論，并制作了一臺樣機進行了實驗驗證。最后，建立了此類電機數學模型，并對驅動系統(tǒng)控制策略并進行了仿真。論文主要研究內容和取得的成果如下：
　　 深入研究了VFMM的調磁機理，分析了VFMM在不同磁化電流作用下永磁體內的磁通密度、磁場強度以及氣隙磁通等的變化，獲得了電機去磁和充磁時的調磁規(guī)律，為此類電機

3、的理解和合理設計打下了基礎。提出了VFMM永磁體去磁和重新磁化模型，并將此模型結合有限元分析對永磁體調磁后的磁化狀態(tài)進行了估計，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VFMM樣機驗證了調磁機理。
　　 采用有限元分析方法研究了VFMM永磁體形狀變化、非磁性夾層、定子軛尺寸、永磁體內的渦流等對電機調磁特性尤其是弱磁特性的影響，包括電機的最大去磁安匝數、調磁效果、飽和充磁安匝數、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果。
　　 提出一種混合永磁VFMM，基于有限元分析和樣機實驗對電機靜態(tài)特性進行了較為深入全面的分析，具體包括電機空載磁場分布及空載調磁特性、空載磁鏈特性、反電動勢特性、繞組電感特性、定位力矩和電磁轉矩特性等。樣機的實測結果驗證了理論分析的正確性。
　　 詳細闡述了混合永磁VFMM的電磁設計理論與設計方法。給出了電機的一般化尺寸方程，隨后對電機主要尺寸初步估算、定轉子結構

5、等進行了詳細論述與探討。在此基礎上設計制作了混合永磁式21槽4極樣機一臺。設計了采用電容對磁體飽和磁化系統(tǒng)。
　　 詳細推導了VFMM定子坐標系和轉子坐標系下的數學模型，主要包括磁鏈方程、電壓平衡方程、功率平衡方程及機械運動方程等；提出了VFMM調速系統(tǒng)的控制策略及其具體實現(xiàn)方法。根據所建立的VFMM數學模型及調速系統(tǒng)控制策略，采用MATLAB軟件的Simulink/SPS工具箱建立了VFMM調速系統(tǒng)的仿真模型，對電機的各種工作

6、狀況進行了系統(tǒng)仿真。
　　 搭建了實驗系統(tǒng)，對在不同定子磁化電流下VFMM的調磁特性作了深入細致的實驗研究，具體包括空載相反電動勢波形、連續(xù)去磁和充磁、不同磁化電流脈沖寬度及不同轉子位置角對調磁特性影響。掌握了電機調磁水平隨定子直軸磁化電流的變化規(guī)律。對混合永磁VFMM的調磁性能作了實驗研究。
　　 本文針對基本結構VFMM電機以及混合永磁VFMM電機開展的分析、設計、仿真和實驗研究工作，有助于理解該類電機的調磁機理，并