新型混合磁极型变磁通记忆电机及其高效控制技术研究
批准号:
52077033
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
阳辉
依托单位:
学科分类:
电机及其系统
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
阳辉
中文摘要
高效能高品质电机系统已成为我国向高端智能制造强国转型与发展的关键和核心。变磁通记忆电机利用电流脉冲改变永磁磁化水平,几乎无励磁损耗,被称作真正意义上的全域高效宽调速电机系统,有望解决传统永磁电机气隙磁场难以调控、高效恒功率区受限的“卡脖子”问题。本项目创新性地提出一类混合磁极型变磁通记忆电机,将不同结构形式的混合永磁磁极相结合,进行分离交错设计,打破原有记忆电机混合永磁存在的“空间”制约,兼具反凸极记忆电机“宽调磁强稳磁”和内置式永磁电机“高转矩密度”的优势。重点研究:1)新型拓扑及设计规律;2)混合磁极协同工作及调磁机理;3)基于混合解析模型的电磁性能快速计算与全局协同优化设计理论;4)基于全转速范围磁链观测和磁化状态在线选择的最大转矩电流比控制技术。该项目的开展不仅能丰富和发展变磁通电机理论与技术体系,而且面向国家对于宽调速领域用高效能电机系统的重大需求,具有重要科学意义和工程价值。
英文摘要
High-efficiency and high-quality electrical machine system has become a key and core role in China’s transformation and development progress into a powerful country in terms of cutting-edge intelligent manufacturing. Variable flux memory machine (VFMM) is widely recognized as a truly overall-driving-cycle high-efficiency and wide-speed-range machine system, which utilizes a current pulse to change the magnetization level of low coercive force (LCF) magnet with negligible excitation loss. Thus, VFMM can well address the critical issues of conventional permanent magnet (PM) machine in terms of non-adjustable air-gap flux, and limited high-efficiency constant power speed range. This project innovatively proposes a series of novel hybrid-magnet-pole VFMMs (HMP-VFMMs), which combine different types of hybrid PM poles characterized by a separately alternate design. As a consequence, the proposed design can break the spatial restriction between hybrid magnets in the existing VFMMs, combining the distinct advantages of “wide flux controllability and excellent demagnetization withstand capability of LCF PMs” in reverse saliency VFMM, as well as “high torque density” in interior PM machines. The key objectives of this project are: 1) novel machine topologies and design rules; 2) collaborative work principle and variable flux mechanism of hybrid PM poles; 3) rapid computational technique of the electromagnetic performance and global coordinative design optimization theory based on a hybrid analytical model; 4) a maximum-torque-per-ampere control scheme based on full-speed-range flux linkage estimation and online magnetization state selection. The establishment of this project can not only enrich and develop the theoretical and technological system of VFMM, but also cater to national strategic desire for high-efficiency and high-quality electrical machine system for wide-speed-range applications. Therefore, this project is of great scientific significance, as well as engineering application value.
高效能高品质电机系统是我国向高端智能制造强国转型发展的核心。本项目针对传统永磁电机气隙磁场难以调控、高效恒功率区受限、全域效率较低的关键问题,创新性地提出一类混合磁极变磁通记忆电机。该类电机将不同结构形式的永磁磁极相结合,打破原有记忆电机存在的空间制约,为记忆电机领域开辟了新的发展方向。研究重点包括以下四点:. 1)新型拓扑及设计规律:基于磁极等效变换,构建一系列新型混合磁极结构,利用有限元法分析各结构在不同磁化状态下的静态电磁特性,形成了该类电机的一般性设计规律。. 2)混合磁极协同工作及调磁机理:建立不同磁化状态下的等效磁路模型,将低矫顽力永磁非线性磁滞特性嵌入到调磁机理分析中,实现调磁过程精确建模,充去磁工作点预测值与实际值误差<4%,解决了记忆电机性能精确分析的共性难题。. 3)全局协同优化设计理论:提出考虑多工况的变转速及场路耦合分析模型,形成一套适于该类电机的全局协同综合设计方法,优化时间节约了76%,攻克了记忆电机精细化设计的关键难题。. 4)全速域最大转矩电流比控制技术:提出改进的混合磁极型记忆电机无模型预测控制策略,提高了调磁瞬态下的电流跟踪精度,降低了调磁瞬态的转矩/转速波动,所提方案将调磁过程中的速度波动减少约45%。. 本项目研制了1~2kW原理样机3台及其配套控制系统软硬件,搭建综合性能测试平台,验证了设计的合理性。在国内外重要期刊和国际学术会议上发表论文共计42篇,其中26篇被SCI检索收录;申请国家发明专利15件,授权2件。项目成果通过科技成果鉴定,获得“国际领先”评价,荣获华为火花奖与省级科技进步奖2项,与华为、美的等知名企业开展了产学研合作,成果在电动汽车、家用电器等领域初步取得工程应用。. 综上,本项目面向国家战略新兴领域对于高效能高品质电机系统的重大需求,丰富和发展了全域高效变磁通永磁电机的理论与技术体系,具有重要的科学意义和工程应用价值。
2022IEEE第五届国际电气与能源大会(CIEEC 2022)
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批准号:52142702
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项目类别:专项项目
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资助金额:10.00万元
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批准年份:2021
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负责人:阳辉
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依托单位:
2022IEEE第五届国际电气与能源大会(CIEEC 2022)
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:10万元
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批准年份:2021
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负责人:阳辉
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依托单位:
新型定子聚磁式永磁记忆电机研究
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批准号:51707036
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2017
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负责人:阳辉
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依托单位:
国内基金
海外基金