一种直线开关磁阻电机发电研究

关键 词 ： 直线 开 关磁 阻发 电机 ；相 间解耦 ； 线直 驱式 ； 限元 ； 宽调 制 直 有 脉
中 图分 类 号 ：Ｍ ６ ９ Ｔ ５ ． Ｔ １ ；Ｍ ３９ ４ 文献 标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ — ４ Ｘ（０ ３ ０ — ０ ９ ０ ０ ７ ４ ９ ２ １ ） ２ ０３ — ９
ｗｔ ｏｃｎｒｌ ｅｈｄ —ｏｉｏ ｏｔ ｌ ｎ ｕｓ ｉｔ ｍ ｄ ｌ ｉ Ｐ ｉ ｔ ｔ ｔｏ ｓ ｓｉｎｃｎｒ ｄｐ ｌ ｗｄｈ ｏ ｕａ ｏ ｈ ｗ ｏ ｏｍ ｐ ｔ ｏａ ｅ ｔ ｎ（ ＷＭ）ｏ ｃ ａ ｏ ｕｒｎ ｃｎｒｌ ｆ ｘｉ ｔ ｎｃ ｒ ｔ ｏ ｔ ｅ ｔｉ ｅ ｏ
非 常恶 劣 ， 永 磁体 性 能 的影 响在 所 难免 。而 直线 对 开关磁 阻发 电机 可 以避 免 这 个 问 题 。文 献 ［ ６ 对 １］ 直线 开关磁 阻发 电机 在波浪 能领域 的应 用进行 了研 究， 由于直 线开关 磁 阻发 电机机械 鲁棒 性强 ， 能够在
备高 度可靠 性 ， 其在 电动 车 、 品加工 及工业 生产 使 食 设 备 中得 到 了广 泛 应 用 Ｊ 。开 关 磁 阻 电机 作 为 发
新 圈 （ Ｙ ２ ０ ０ ００ ７ Ａ） Ｚ Ｂ ０ ９ ７ ８０ ３
作者简 介：潘剑飞（ ９ ８ ） 男 ， １７ 一 ， 博士 ， 副教授 ， 究方向为运动控制 系统、 研 新能源及 电力电子技术等 ；
邹 宇（ ９ ７ ） 男 ， 士研 究 生 ， 究方 向为 直 线 开 关磁 阻 电机 设 计与 应 用 ： １８ 一 ， 硕 研
采 用有 限元 方 法分析 发 电机 的 磁 场 分 布 特 性 ， 发 电机 励 磁 位 置 进 行 仿 真 优 化 ， 出发 电 机 在 对 得
１ｍ ｓ 定速度 下 的最佳 开通 和 关断位 置 。应 用位 置控 制 和 脉 宽调 制 电流 斩波 控制 两种控 制 方 法 ／额
进行 仿 真和 实验 ， 获取 发 电机 的相 电流输 出波形 。仿 真结 果和 实验 结果表 明 ，Βιβλιοθήκη Baidu这类 直线 开关磁 阻发 电机 均 具有低 速发 电能力 ， 直线 直驱 式开 关磁 阻发 电 系统 能够 达到低 速 直线发 电的 目的 。
电
机
与
控
制
学
报
第１ ７卷
０ 引 言
开关 磁 阻 电机是 一 种无永 磁体 的双 凸极结 构 电 机， 具有 结构 简单 、 鲁棒 性强 、 率高 、 本低及 无须 效 成 维护 等优点 。旋 转 开关 磁 阻 电 机具 有 低 速转 矩 大 ， 高速 调速范 围宽 等特 点 ， 来 越 受 到研 究 人 员 的关 越 注 ， 在较 多领 域得 到 应 用 。 由于 开关 磁 阻 电机 具 并
近 几年 ， 直线 发 电机 的研 究 与 应用 逐 渐得 到 研 究 人员 的关 注 。直 线永磁 发 电机 已经 得到 了 比较系 统 的研究 ， 如直线 永 磁 发 电机 在 波 浪 能发 电领 域 例 的研究 ｕ 。 。但永 磁 体 磁性 易 受 环 境影 响 是直 线 。 Ｊ
永 磁发 电机 不可避 免 的缺点 ， 再者 ， 波浪 能发 电环境
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收 稿 日期 ： ０ ２— ９—３ ２１ ０ ０
基金项 目：国家 自然科学基金 （ １０ ０９，１７ ３２） 广 东省 自然科 学基金 （ ２ １０ ０ ０２ ８） 深圳 市基础计划 （Ｃ ０ ０ ５ ８３ ０ ； ５０７５ ５２５１ ； ￥ ０ １ １０ １０ ； Ｊ ２ １０ ２０ ９ Ａ） 深港创
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曹广忠（ ９ ８ ） 男 ， 士， １６ 一 ， 博 教授 ， 究方 向为控制理论及应用、 悬浮技术 、 研 磁 电力电子技术等 ；
秦 斌（９２ ）男， 士， １７ 一 ， 硕 高级 工 程 师 ， 究 方 向 为 嵌入 式 系统 、 研 生物 信 息识 别 、 业 机 器人 等 。 工 通 讯作 者 ：曹广 忠
电机 在航 空发 电和风 力发 电等领 域也得 到 了研究 和
应用 一 引。
恶劣 的环境 下使 用 ， 得 直线 开 关 磁 阻 电机 在 这 一 使
领域 有着 显著 的优 势 ， 该 直线 开 关 磁 阻发 电机 相 但
在 我 国 ， 驱 式 直 线 电 机 发 展 较 快 ， 中 包 直 其 括 直 线 直 流 电 机 、 线 永 磁 同 步 电机 、 线 感 应 直 直 式 电机 和 直 线 开 关 磁 阻 电 机 等 。 直 线 电 机 是 将 旋 转 运 动 形 式 的 机 械 能 转 化 为 直 线 运 动 形 式 来 实 现 电 能 与 直线 运 动 形 式 的 机 械 能 之 间 的转 变 。 由于 中 间 须 经 多级 运 动 形 式 转 化 ， 生 各 环 节 的 产
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｉ ａ ｗｉｃ ｅ ｅ ｕ ｔ ｎ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅｌ ｎｅ ｒ ｓ ｔ ｈ ｄ ｒ ｌ ｃ ａ ｃ ｅ ｅ ａ ｏ
Ｐ Ｎ Ｊ ｎｆｉ Ｚ Ｕ Ｙ ， Ｃ Ｏ Ｇ ａｇｚｏｇ ＱＮ Ｂｎ Ａ ｉ — ， Ｏ ｕ Ａ ｕｎ — ｎ ， Ｉ ｉ ａ ｅ ｈ
（ 深圳大学 机 电与控制工程学 院 ， 广东 深圳 ５ ８６ ） １０ ０
摘
要 ： 对 因在 低速 运行 的 实际环境 下传统 直线发 电 系统 结构复 杂 而难 以得 到 广泛应 用的 问题 ， 针
试 制 一种相 间 解耦 的直线 直驱 式开 关磁 阻发 电机 ， 以这种 开 关磁 阻发 电机 为被 控对 象 ， 构建直 线发 电 系统。依据 直线开 关磁 阻发 电机 的结构 特 点及 运行 原理 ， 立直 线开 关磁 阻发 电机 的数 学模 型 。 建
（ ｏ ｅｅｏ ｃａ ｏ ｉ ｎ ｏｔ ｎｉｅｒ ｇ Ｓ ｅｚｅ ｎｖｒｉ ， ｈｎｈ ｎ５ ８６ ，Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｌ Ｍｅｈｔ ｎｅ ａｄＣ ｎ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｈ ｎｈ ｎＵ ｉｅ ｔ Ｓ ｅｚｅ １００ ｈｎ ） ｒ ｓ ｍｌ ｎ ｓｙ
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间存 在互 感 ， 电 系统 模 型 复 杂 ， 而 导 致 控 制 不 发 从
方便 。
本 文 试 制 了 １台 直 线 开 关 磁 阻 发 电 机 ， 电 该 机 的 动 子 具 有 结 构 灵 活 、 线 空 间 大 、 热 好 等 绕 散 特 点 。这 种 发 电机 的 各 相 之 间 是 解 耦 的 ， 而 简 从 化 了 控制 策 略 ， 得 控 制 更 加 方 便 。本 文 对 这 种 使 结 构 的 直 线 开 关 磁 阻 发 电 机 进 行 了 三 维 有 限 元
第１ ７卷
第 ２期
电 机 与 控 制 学 报
ＥＬＥＣＴＲＩ Ｍ ＡＣＨＩ Ｃ ＮＥＳ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲ０Ｌ
Ｖｏ ＿ ７ Ｎｏ ２ ｌｌ ．
Ｆｅ ． ２ ３ ｂ ０１
２１ ０ ３年 ２月
一
种 直 线 开 关 磁 阻 电机 发 电 研 究
潘剑飞 ， 邹宇 ， 曹广 忠， 秦斌
分 析 ， 到 了 发 电 机 的 电 磁 特 性 。 以这 台 发 电 机 得
能 量损 失 ， 因此 系统 复 杂 、 量 转 化 效 率 低 ； 杂 能 复
的结 构 又 导 致 发 电 系 统 造 价 高 、 本 增 加 等 问 成 题 ， 系 统 需 要 经 常 维 护 。 直 驱 式 直 线 电机 能 够 且 克 服 这 些 缺 点 ， 电 能 与 直 线 形 式 机 械 能 相 互 转 让 化 。现 今 的 直 驱 直 线 电 机 中 ， 线 直 流 电机 具 有 直 良好 的 静 、 态 特性 和控 制 特性 ， 献 ［ 给 出 了 动 文 ４］