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定子永磁型无刷电机系统及其关键技术综述

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-03 来源:中国知网 作者:程明,张淦,花为 浏览次数:457
定子永磁型无刷电机是一类永磁体和电枢绕组均位于 定子的新型永磁无刷电机,可方便地对永磁体和电枢绕直接 冷却以控制其温度,并易于通过“永磁+电励磁”实现对电 机气隙磁场的直接控制,从而获得无刷电机的宽范围调速; 凸极转子既无永磁体也无绕组,结构简单可靠,适合高速运行;该电机兼具功率密度高、效率高、容错性能好、控制灵 活等特点。该文介绍了定子永磁型无刷电机的基本结构与工 作原理,总结了它们的共性规律和个性差别,对其分析设计 方法、控制策略等关键技术进行综述,讨论了多种磁通调节 方案和容错控制策略,分析了该电机系统在电动汽车、飞轮 储能、轨道交通等领域应用的可行性和潜力,最后对该电机系统的主要研究方向进行了展望。
永磁无刷直流电动机是近年来随着电力电子 技术和永磁材料的发展,而迅速发展起来的一种新 型电机。在传统转子永磁型电机中,永磁体位于电 机转子侧,根据永磁体位置的不同,可以分为图 1 所示的 4 种基本结构:1)表面贴装式;2)内嵌式; 3)径向内嵌式;4)切向内嵌式。相对于传统的直 流电机和异步电机,转子永磁型电机具有更高的功 率密度和效率,受到广泛重视并已获得广泛应 用[1-2]。但是,转子永磁型电机通常需要对转子采取 特别加固措施以克服高速运转时的离心力,如安装 由非金属纤维材料或不锈钢制成的套筒等,不仅导 致其结构复杂,制造成本高,而且增大了等效气隙, 降低了电机性能。同时,永磁体安放在转子上,散热困难,引起的温升可能会导致永磁体发生不可逆 退磁,限制电机出力,减小功率密度等。为克服上 述转子永磁型电机的缺点,近年出现了将永磁体安 置于定子侧的定子永磁型无刷电机,受到了日益广 泛的关注。 本文首先回顾了定子永磁型无刷电机概念的 提出和发展历程,针对 3 种典型的定子永磁型无刷电机,分析了各自的结构特征和工作原理,总结归 纳了它们的共性规律和个性特点;对定子永磁型无刷电机的分析计方法、基本控制策略、转矩脉动抑 制策略等关键技术进行综述,介绍了磁通控制方 法;在此基础上,进一步分析了定子永磁型无刷电 机的冗余结构和容错控制策略;讨论了定子永磁型 无刷电机在相关领域的应用潜力及优势,最后对定 子永磁型无刷电机的未来研究与发展进行了展望。
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