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矢量磁路理论及应用初探

中国电机工程学报 2023年

作者：秦伟程明王政马钲洲朱洒顾珉睿朱新凯花为华北电力大学电力工程系河海大学能源与电气学院东南大学电气工程学院

磁路理论是电机、变压器等电磁设备的关键理论，为解决复杂电磁问题和优化电机等电磁设备性能提供了不可或缺的工具。本文首先追溯了磁路理论的发展历程，介绍了前人为完善磁路理论所做的有益探索，剖析了它们的局限性和在实际应用中所... 详细信息

磁路理论是电机、变压器等电磁设备的关键理论，为解决复杂电磁问题和优化电机等电磁设备性能提供了不可或缺的工具。本文首先追溯了磁路理论的发展历程，介绍了前人为完善磁路理论所做的有益探索，剖析了它们的局限性和在实际应用中所面临的挑战。在此基础上，本文首次从最基本的物理属性出发定义了磁感和磁容，建立了包括磁阻、磁感和磁容三个核心磁路元件/参数的矢量磁路理论，系统完整地表征了磁路中磁阻、涡流和磁滞三个基本属性，揭示了虚拟磁功率与电功率之间的内在联系，提出了磁电功率定律，并与其他磁路理论、建模方法进行了比较和分析，总结了它们之间的联系和区别。为了展示矢量磁路理论在科学与工程领域的价值，呈现了四个实际应用案例。最后，对矢量磁路理论的特点进行了总结，并对未来研究方向进行了展望。

关键词：矢量磁路理论磁路元件磁感磁容磁电功率定律电机设计损耗计算磁性材料

余弦削极转子磁通切换永磁电机设计与性能分析

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中国电机工程学报 2022年第22期42卷 8372-8381页

作者：王培欣花为胡铭觐张志恒王宇辰程明东南大学电气工程学院江苏省南京市210096

磁通切换永磁(flux-switching permanent magnet,FSPM)电机具有功率密度高、转子结构坚固、永磁体冷却条件优越等优点,在工业领域应用潜力巨大。然而,由于双凸极结构和较高的气隙磁密,FSPM电机的齿槽转矩和转矩波动较大,严重限制了其在... 详细信息

磁通切换永磁(flux-switching permanent magnet,FSPM)电机具有功率密度高、转子结构坚固、永磁体冷却条件优越等优点,在工业领域应用潜力巨大。然而,由于双凸极结构和较高的气隙磁密,FSPM电机的齿槽转矩和转矩波动较大,严重限制了其在伺服领域的应用。该文首先介绍FSPM电机气隙磁场调制机理,分析气隙磁场中不同谐波对转矩的贡献;进而,以一台定子12槽、转子10极电机为研究对象,提出一种抑制气隙磁场高频谐波分量的余弦削极转子结构,通过转矩优化确定最优转子结构参数;然后基于有限元分析,对比采用传统凸极转子和余弦削极转子的两台FSPM电机磁场分布、齿槽转矩、反电动势和转矩特性。最后,仿真和样机实验结果表明,所提余弦削极转子可有效降低FSPM电机齿槽转矩和转矩波动,齿槽转矩降低93.9%,转矩波动降低91.4%,扩宽了FSPM电机的应用领域,并为其他双凸极结构电机齿槽转矩及转矩波动的抑制提供了新思路。

关键词：磁通切换磁场调制调制函数齿槽转矩谐波转矩转矩波动

新型交替极混合励磁电机宽速域电流高效协调控制

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中国电机工程学报 2020年第24期40卷 7918-7927页

作者：樊英雷宇通张秋实东南大学电气工程学院江苏省南京市210096

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有磁场调节方便可靠的特点,适合航空航天、电动汽车等宽速域应用场合。新型交替极无刷混合励磁(consequent-pole brushless hybrid excitation,CPBHE)电机是一种具有交替... 详细信息

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有磁场调节方便可靠的特点,适合航空航天、电动汽车等宽速域应用场合。新型交替极无刷混合励磁(consequent-pole brushless hybrid excitation,CPBHE)电机是一种具有交替极、双定子结构的交流调磁混合励磁电机,适合电动汽车驱动应用。该文在分析其调磁机理的基础上,提出等效气隙模型及多d-q轴数学模型,解决其气隙磁链不对称无法建立d-q轴数学模型问题。针对传统二维电流矢量id-iq平面无法追踪电励磁电流轨迹问题,提出一种三维电流矢量id-iq-if空间中分析电磁约束的方法。针对电动汽车宽调速、高可靠、广域高效的运行需求,提出一种结合最小铜耗控制与混合超前角弱磁控制的宽速域电流高效控制策略,实现CPBHE电机宽调速电流高效协调控制。进行样机实验与仿真对比,结果验证所提控制策略的有效性与鲁棒性。

关键词：交替极混合励磁电动汽车弱磁控制最小铜耗控制

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电机气隙磁场调制统一理论及其典型应用

中国电机工程学报 2021年第24期41卷 8261-8282页

作者：程明文宏辉花为张淦东南大学电气工程学院江苏省南京市210096

电机气隙磁场调制统一理论将单元电机统一抽象为"励磁源—调制器—滤波器"3个基本要素的级联,能够在统一的框架下分析与设计不同类型、不同原理的电机,为电机性能分析计算及拓扑结构创新等提供了全新的视角和有力的工具,成为近年来电机... 详细信息

电机气隙磁场调制统一理论将单元电机统一抽象为"励磁源—调制器—滤波器"3个基本要素的级联,能够在统一的框架下分析与设计不同类型、不同原理的电机,为电机性能分析计算及拓扑结构创新等提供了全新的视角和有力的工具,成为近年来电机学科的研究热点之一。该文回顾了磁场调制概念的提出和磁场调制技术的发展过程,介绍电机气隙磁场调制统一理论的基本框架,并对其在电机运行原理、磁场调制行为等定性分析,转矩特性、损耗分布等定量计算,以及拓扑结构衍变、电机参数优化等创新指导方面的典型应用进行综述,系统地归纳总结了磁场调制统一理论对电机学科发展的推导和促进作用。最后,对气隙磁场调制统一理论未来研究与发展方向进行展望。

关键词：磁场调制三要素转矩机理电机理论

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电机气隙磁场调制行为及其转矩分析

电工技术学报 2020年第5期35卷 921-930页

作者：程明文宏辉曾煜姜永将东南大学电气工程学院

磁场调制行为在电机中普遍存在,调制行为与转矩成分关系较为复杂。基于“电机磁场调制理论”定义了广义磁场调制电机同步调制与异步调制行为及其同步转矩与异步转矩分量,并就其关键的差异分别进行对比、分析并举例阐明;对常见电机结构... 详细信息

磁场调制行为在电机中普遍存在,调制行为与转矩成分关系较为复杂。基于“电机磁场调制理论”定义了广义磁场调制电机同步调制与异步调制行为及其同步转矩与异步转矩分量,并就其关键的差异分别进行对比、分析并举例阐明;对常见电机结构作用在转子上的转矩成分进行总结和归类,阐述了同步/异步调制与同步/异步转矩分量的辩证关系。基于上述理论分析及定义,对常见的磁场调制电机进行实例分析,研究无刷双馈感应电机可能的运行模式、存在条件及转矩分量构成,总结单馈同步模式下无刷双馈感应电机与电励磁同步电机的异同;分析多层磁障与短路线圈复合转子无刷双馈电机拓扑结构,定性描述辅助短路线圈在磁场调制行为中的作用,定义调制算子进而定量讨论复合转子给磁场耦合能力、平均电磁转矩等方面可能带来的有益影响;最后,对简单凸极类磁场调制电机的调制行为及转矩特性进行统一描述。

关键词：磁场调制同步/异步调制同步/异步转矩分量无刷双馈电机

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现代电机优化方法综述

导航与控制 2021年第5期20卷 13-25页

作者：花为顾佳磊东南大学电气工程学院南京210096

电机在装备制造、国防、航天、工业生产和人们的日常生活中得到了广泛的应用,随着转速和功率密度的提升,高性能电机的需求迅速增长,使得高效的电机优化设计方法显得尤为重要。首先,针对基于有限元法的大规模电机优化耗时严重的固有缺陷... 详细信息

电机在装备制造、国防、航天、工业生产和人们的日常生活中得到了广泛的应用,随着转速和功率密度的提升,高性能电机的需求迅速增长,使得高效的电机优化设计方法显得尤为重要。首先,针对基于有限元法的大规模电机优化耗时严重的固有缺陷,总结了有效减少优化时间的最新方法。其次,对于工作点不确定的电机,指出了电机优化设计应当考虑整个驾驶周期以提高整体效率。接着,介绍了诸如温度场、应力场和转子动力学等影响电机性能的多物理场特性,归纳了电机多物理场建模优化方法。再者,考虑到制造过程和实际运行中不可避免的不确定性因素,总结了电机鲁棒性优化设计方法。最后,对电机优化目前有待解决的问题和未来的发展趋势进行了展望。

关键词：电机优化设计代理模型高效计算有限元法磁网络模型驾驶周期多物理场优化鲁棒性优化