新型高密度磁场调制型永磁机构的理论研究及应用

蹇林旎; 陈清泉; 邵子韵; 梁嘉宁; 龚宇; 石玉君; 尉进

2018

永磁机构 基础理论 电磁能量转换装置

该项目成果属于电气工程学-新型电磁能量转换技术领域研究成果。 功率型电磁装备技术属于可再生电能开发利用以及电气化推广应用领域的核心共性技术，其中一个亟待突破的方面在于研发高密度的新型电磁能量转换装置，以适应具体应用场合对设备体积和重量方面的严苛限制。该项目历经6年时间，在主要完成人的共同努力下，围绕高密度磁场调制型永磁机构的基础理论及应用开展了全方位研究，取得的重要学术贡献包括： 1)突破了传统电机学理论中仅利用空间基波电磁场实现能量转换和转矩传递的固有机理，创造性地提出了基波及多次谐波在空间上复用气隙工作面，共同参与机电能量转换的新机制，为分析和设计新型高密度永磁电机开拓了全新的思路。发现了双向磁场调制原理，并在此基础上提出了一种具有定转子双永磁激磁的电机新型态。 2)建立了适于“宽槽及有限槽深”永磁机构的电磁场解析计算方法。通过完整刻画磁场在齿部及槽隙间的分布情况及引入不同材料区域交界面上的约束条件来构建数量充足的定解方程。巧妙采用叠加原理对相互垂直的交界面进行处理，并采用傅里叶级数法和分离变量法对定解问题进行求解。该方法被应用到多种磁场调制型电磁机构的电磁场解析分析，取得了很好的效果。 3)系统性建立了磁场调制型无接触变速传动永磁机构的基础理论：系统辨识了机构内各次磁场谐波产生的原因及作用；找出了影响其工作转矩、脉动转矩的关键因素；提出了改善机构工作性能的方法；通过引入Halbach磁体阵列改善气隙磁场分布；完善了机构内部涡流损耗、磁滞损耗、边端效应、稳态性能、瞬态性能的分析流程。 4)拓展了多路径磁场调制型机构在电动汽车回馈制动及智能充放电方面的应用。提出一种全新的无接触多端口能量集中/分散装置，可以实现能流的多路径灵活流通，并支持从机械能到机械能的高效率回馈制动运行。积极探索其在电动汽车回馈制动方面的应用，并结合电动汽车智能充放电运行模式对电动汽车集群与智能电网能流交互进行了拓展性研究。 依托相关成果，出版学术专著1部，发表论文23篇，其中SCI收录17篇，EI收录23篇，SCI总影响因子为59.231，SCI他引219次。9篇代表性论文SCI他引202次。已获得授权专利5项，其中中国发明专利3项，美国发明专利2项。成功研制出世界首台100千牛米级自然冷却双永磁激磁直驱电机，经广东省科学技术厅组织专家进行鉴定认为“总体理论水平达到国际先进水平；试验样机技术独特、创新性突出，并在转矩密度这个关键性能指标上达到了国际领先水平。”技术产品已应用到油田用直驱抽油电机系统，试运行期间累计节电17.28万千瓦时，减少向土壤和大气的废油气排放量近200吨。项目第一完成人蹇林旎博士是广东省杰出青年基金获得者、省科技创新青年拔尖人才、省高等院校优秀青年教师培养计划入选者，IEEE高级会员，担任深圳市电力直驱技术重点实验室主任，主持国家自然科学基金项目三项，其中两项获评为优秀结题项目。

1.南方科技大学
2.香港大学
3.广州大学
4.中国科学院深圳先进技术研究院

蹇林旎,陈清泉,邵子韵,等. 新型高密度磁场调制型永磁机构的理论研究及应用. 2018.