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电力电子-电机集成系统组合自由度浅析

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 1-11页

作者：蒋栋刘自程李崇坚曲荣海赵争鸣华中科技大学电气与电子工程学院湖北武汉430074 冶金自动化研究设计院北京100071 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

针对最常见的交流电机系统,以系统级串联和并联的思路,介绍了串联型拓扑集成和并联型拓扑集成两大方法.在串联型集成方法上,以开绕组电机驱动为基础,介绍了适用于调速范围拓展和容错的串联绕组拓扑及悬浮电容拓扑等.在并联型集成方法上... 详细信息

针对最常见的交流电机系统,以系统级串联和并联的思路,介绍了串联型拓扑集成和并联型拓扑集成两大方法.在串联型集成方法上,以开绕组电机驱动为基础,介绍了适用于调速范围拓展和容错的串联绕组拓扑及悬浮电容拓扑等.在并联型集成方法上,介绍了常规多相电机驱动、逆变器并联驱动三相电机及多模块电机驱动等技术,实现容错、电磁兼容和振动的改善.最后,针对以磁悬浮轴承为代表的特种电机,介绍多自由度电机和控制器集成的特殊方法.这几个案例说明:结合电力电子和电机的特点进行自由度的组合,可以更有效地改善电机系统的综合性能,实现电力电子化电机系统的真正集成.

关键词：电力电子电机集成串联绕组多模块电机磁悬浮轴承

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冗余电机拓扑与应用综述及发展展望

电工技术学报 2024年

作者：孙鹏程贾少锋梁得亮曲荣海电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学)

冗余电机是一类采用了冗余设计的高可靠性电机，其工作单元或者部分工作单元有冗余配置，使电机具备在一个或数个工作单元故障的情况下继续工作的能力。在复杂恶劣的工作环境，如航空航天、船舶推进和军事装备领域，冗余电机展现出显著... 详细信息

冗余电机是一类采用了冗余设计的高可靠性电机，其工作单元或者部分工作单元有冗余配置，使电机具备在一个或数个工作单元故障的情况下继续工作的能力。在复杂恶劣的工作环境，如航空航天、船舶推进和军事装备领域，冗余电机展现出显著的应用潜力。冗余电机包含的电机种类繁多，目前仍然缺乏系统的梳理。因此，本文旨在对现有冗余电机进行回顾和分类，为不同应用场合选择合适的电机类型提供参考。本文首先介绍了冗余设计和冗余电机的基本概念，并从冗余级别的角度将冗余电机按照模块冗余电机、组件冗余电机和复合冗余电机进行了分类。在此基础上，本文依次介绍不同冗余电机的工作原理，分析其拓扑结构上和创新，总结优点与不足。然后，总结和讨论了不同拓扑的应用场景。最后对冗余电机的关键技术和未来发展趋势进行展望。

关键词：冗余电机可靠性电机拓扑容错安全

潜液式LNG泵用低温永磁同步电机研究现状综述

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电工技术学报 2024年

作者：张书宽王发琛曲荣海朱景伟刘光伟大连海事大学船舶电气工程学院特种电机与高压电器教育部重点实验室(沈阳工业大学) 华中科技大学电气与电子工程学院

低温永磁同步电机具有高效率、高功率密度和运行稳定的优点，正在逐步替代低温感应电机，成为液化天然气泵用低温电机的发展趋势，但仍有一些关键技术问题有待解决。该文首先详细阐述了低温环境下永磁同步电机关键材料的电磁特性和机械... 详细信息

低温永磁同步电机具有高效率、高功率密度和运行稳定的优点，正在逐步替代低温感应电机，成为液化天然气泵用低温电机的发展趋势，但仍有一些关键技术问题有待解决。该文首先详细阐述了低温环境下永磁同步电机关键材料的电磁特性和机械特性变化规律，明确了不同材料的选取原则。在此基础上，重点总结了低温永磁同步电机的设计方法、拓扑结构、多物理场耦合分析及控制策略等关键技术。然后，介绍了现有低温电机的制造工艺与测试方法，指出当前低温电机测试所面临的挑战和不足。最后，探讨了低温永磁同步电机领域亟待解决的关键技术问题，并对低温永磁同步电机的研究方向和发展趋势进行展望。

关键词：低温永磁同步电机低温材料特性设计方法控制策略低温测试

应用于交流电机驱动的新型串联绕组拓扑的动态电流控制性能分析

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中国电机工程学报 2024年第1期44卷 304-313,I0025页

作者：胡烽李安蒋栋刘自程曲荣海尹智群强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074 数字制造装备与技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074 广州金升阳科技有限公司广东省广州市510663

电机绕组的动态电压是影响其电流变化能力的直接因素。为了提升电机的转矩响应速度,从直流电压利用率的角度分析串联绕组拓扑的动态电流控制能力。首先,从拓扑结构出发,相比于三相半桥拓扑,串联绕组拓扑将直流电压利用率提升了73%,这使... 详细信息

电机绕组的动态电压是影响其电流变化能力的直接因素。为了提升电机的转矩响应速度,从直流电压利用率的角度分析串联绕组拓扑的动态电流控制能力。首先,从拓扑结构出发,相比于三相半桥拓扑,串联绕组拓扑将直流电压利用率提升了73%,这使得其动态电压更加充裕。然后,在不同的转速工况下,分析串联绕组拓扑、三相半桥拓扑以及采用电压修正策略的三相半桥拓扑的动态电流控制性能。最后,经仿真与实验证明,若采用电压修正策略来增大三相半桥拓扑的动态电压裕度,其只在转速接近额定转速时效果才凸显,且提升有限。而采用串联绕组拓扑,其在电压深度饱和下的电流动态响应时间将显著减小。

关键词：表贴式永磁同步电机串联绕组拓扑直流电压利用率动态响应

考虑电感不对称的多单元永磁同步电机转子初始位置检测

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中国电机工程学报 2022年第8期42卷 3004-3012页

作者：刘自程石松蒋栋曲荣海华中科技大学电气与电子工程学院湖北省武汉市430074

多单元电机是多三相电机的一种,其定子绕组由多个三相绕组单元构成,由于各单元的三相绕组沿电机圆周依次分布,各单元内的三相电感值呈现不对称性。该文以一台四单元永磁同步电机为对象,指出互感的差异是电感不对称的主要原因,分析电感... 详细信息

多单元电机是多三相电机的一种,其定子绕组由多个三相绕组单元构成,由于各单元的三相绕组沿电机圆周依次分布,各单元内的三相电感值呈现不对称性。该文以一台四单元永磁同步电机为对象,指出互感的差异是电感不对称的主要原因,分析电感值的不对称会给转子初始位置的检测带来误差,并给出考虑电感不对称的转子初始位置检测方法。在基于线电感的脉冲电压注入法基础上,提出对线电感检测值的修正方法,消除电感不对称性对转子定位的影响。实验结果表明,运用所提方法对线电感检测值进行修正后,转子初始位置的最大检测误差从12.4°减小到3.2°,有效提高多单元永磁电机的转子初始位置检测精度。

关键词：多单元永磁同步电机电感不对称线电感脉冲电压转子初始位置

基于变限幅结构的内埋式永磁同步电机转速动态优化控制策略

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中国电机工程学报 2023年第23期43卷 9341-9351页

作者：王宏喆甘醇张冲曲荣海强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 湖北省武汉市430074

针对内埋式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)的转速动态性能优化展开研究,详细分析多种工况下的电流工作点轨迹及转速动态过程,揭示传统方法中存在的电流工作点轨迹偏移、转速超调、转矩波动等问题。... 详细信息

针对内埋式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)的转速动态性能优化展开研究,详细分析多种工况下的电流工作点轨迹及转速动态过程,揭示传统方法中存在的电流工作点轨迹偏移、转速超调、转矩波动等问题。针对这些问题,该文提出一种基于变限幅结构的转速动态优化控制策略,在转速环引入一个变限幅结构,并通过引入转速误差生成转矩控制信号,实现了转速、转矩的同步控制。该文提出的方法使转速误差呈指数收敛,不仅有效抑制了转速超调和转矩波动,还消除了传统方法中电流工作点轨迹的波动、偏移等问题,显著缩短了转速调节时间并提升了转速动态性能。最后,通过实验验证所提转速动态优化控制策略的有效性。

关键词：弱磁控制转速动态优化变限幅结构内埋式永磁同步电机

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磁齿轮复合永磁电机拓扑及应用综述

电工技术学报 2022年第6期37卷 1381-1397页

作者：黄海林李大伟曲荣海任翔强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

磁齿轮复合电机(MGM)是一种自带减速效应的新型多气隙磁场调制型永磁电机,因其转矩密度大、功率因数高,近年来在混动/电动汽车、低速大转矩直驱、航空航天等领域的应用前景获得了业界的广泛关注;MGM非接触传动的特点使其在医药食品、新... 详细信息

磁齿轮复合电机(MGM)是一种自带减速效应的新型多气隙磁场调制型永磁电机,因其转矩密度大、功率因数高,近年来在混动/电动汽车、低速大转矩直驱、航空航天等领域的应用前景获得了业界的广泛关注;MGM非接触传动的特点使其在医药食品、新能源发电、石油化工等方面具有发展潜力。该文首先介绍磁力齿轮及多种磁齿轮复合电机的工作原理,介绍和比较磁齿轮与电机常见的复合方式及其特点;按照单元排布方式、调制结构、电机及磁齿轮类型等分类梳理近年来MGM在拓扑结构上的研究和创新,介绍各类磁通方向及运行方式MGM的研究。然后介绍MGM近年来在高减速比、低成本、无级变速等一些关键问题上的进展。最后总结磁齿轮复合电机的业界应用现状,并对其应用前景进行展望。

关键词：磁场调制磁力齿轮磁齿轮复合电机非接触传动转矩密度前景展望

Halbach阵列磁力变速永磁无刷电机解析计算与设计

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电工技术学报 2020年第5期35卷 954-962页

作者：井立兵龚俊章跃进曲荣海三峡大学电气与新能源学院宜昌443002 上海大学机电工程与自动化学院上海200444 华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

精确计算气隙磁场是分析与设计复合电机的关键,该文运用二维解析法计算Halbach阵列磁力变速永磁无刷电机气隙磁场。根据磁力变速永磁无刷电机的结构特点,分别建立磁力齿轮和永磁无刷电机两部件解析模型;求解场域主要有内中外三层气隙、... 详细信息

精确计算气隙磁场是分析与设计复合电机的关键,该文运用二维解析法计算Halbach阵列磁力变速永磁无刷电机气隙磁场。根据磁力变速永磁无刷电机的结构特点,分别建立磁力齿轮和永磁无刷电机两部件解析模型;求解场域主要有内中外三层气隙、内外双转子永磁体区域和内外双定子槽区域,每个子区域的求解方程通过边界连续条件建立联系。计算得到各子区域的矢量磁位磁通解析式,计算电机磁场、齿槽转矩、反电动势和电磁转矩;制作样机并搭建控制系统试验平台,进行空载和负载试验测试。解析计算波形和试验样机测试波形对比,结果一致,证明了该方法的正确性和有效性。

关键词：磁力变速永磁无刷电机 Halbach阵列电磁转矩解析法

一种内转子不均匀Halbach阵列的磁性齿轮

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中国电机工程学报 2021年第S01期41卷 366-373页

作者：井立兵王涛潘永林曲荣海三峡大学电气与新能源学院湖北省宜昌市443002 华中科技大学电气与电子工程学院湖北省武汉市430074

磁性齿轮具有过载保护、无需润滑、传动比固定等优点,在低速大转矩传递领域有着广阔的应用前景。由于磁场调制原理,磁性齿轮气隙磁场谐波含量丰富,这将导致在传动过程中有较大的转矩脉动。为解决此问题,文中对磁性齿轮结构进行一定的改... 详细信息

磁性齿轮具有过载保护、无需润滑、传动比固定等优点,在低速大转矩传递领域有着广阔的应用前景。由于磁场调制原理,磁性齿轮气隙磁场谐波含量丰富,这将导致在传动过程中有较大的转矩脉动。为解决此问题,文中对磁性齿轮结构进行一定的改进,使气隙磁场有效工作谐波增大,同时使产生脉动的谐波减少。对内转子永磁体进行不均匀分块,分配比例为1:4:1,并采用充磁角度为50°的正弦充磁,运用二维有限元对改进模型进行仿真。通过与传统磁性齿轮对比发现,改进后的磁性齿轮有利于改善气隙磁密,降低转矩脉动。最后,制作一台样机,并通过样机实验验证该磁性齿轮的瞬态和稳态电磁特性。

关键词：磁性齿轮正弦充磁转矩脉动磁场有限元