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双凸极永磁电机浅析,组员：胡森军龚孝欣俞东,DSPM电机（双凸极永磁电机）是磁阻电机和永磁电机的有机结合体，是开关磁阻电机的创造性发展。,开关磁阻电机的双凸极结构在转矩输出方面有一些问题，主要表现在:由于主开关必须在电感较大处关断，电流换相较慢，从而降低了转矩输出；为了增加饱和度以提高开关磁阻电机出力，定转子间气隙较小，因此将产生噪声和振动问题；开关磁阻电机只能在半周内出力；即正半周电感增加时产生电动转矩，而负半周电感减小时产生制动转矩，材料利用率低。,为了解决这些问题，90年代初，人们将永磁材料嵌入转子(或定子)体内，形成所谓的双凸极永磁电机。,双凸极永磁电机基本结构和工作原理（以6/4极的双凸极永磁电机（DSPM）为例）,定子,永磁体,转子,该电机定子铁芯有六个齿极，转子铁芯有四个齿极，均由导磁良好的硅钢片冲制后叠成。转子与定子之间有很小缝隙，转子可在定子内自由转动。在定子齿极上绕有线圈，是向电机提供工作磁场的励磁绕组。在转子上没有线圈。并且在定子轭中对称嵌入了两块高性能永久磁钢。,双凸极永磁电机基本结构和工作原理,DSPM中的气隙磁场主要由永久磁钢建立。,双凸极永磁电机基本结构和工作原理,在理想空载（即各相电流均为零）时,永久磁钢在各相绕阻中的永磁磁链pm将随转子位置的变化而周期性地近似线性变化，显然，当定子极和转子极重合时pm最大，而定子和转子极对槽时pm最小。,空载情况下：当转子齿进入定子齿下时，该定子绕组的磁链和电感均随之增加。当转子齿与定子齿完全重合时，磁链有最大值。当转子齿离开定子齿时，磁链随之减小。当转子齿对着定子槽时，磁链有最小值。,双凸极永磁电机基本结构和工作原理,负载运行时，相电流为iph，其在相绕阻中将产生自感磁链i，因为永久磁钢相当于气隙的高磁阻，迫使i沿相邻极铁芯闭合。当定子极和转子极重合时i的路径经大的气隙闭合，对应电感值和定、转子极对槽位置时电感值一样，均为最小值。当定、转子极一半重叠位置处，i闭合路径经过的气隙最小，对应电感值最大。,双凸极永磁电机基本结构和工作原理,图中表现了磁链pm以及相电感随转子位置的变化而变化的规律。,双凸极永磁电机基本结构和工作原理,电磁转矩分析,设通入的三相电流为图2（b）所示的“理想”方波电流，即在相绕阻永磁磁链pm增加区通入幅值为Im的“正向电流”增强pm，在pm减少区通入幅值为Im的“负向电流”削弱pm。,双凸极永磁电机基本结构和工作原理,基于线性假设，以一相绕组单独通电为例进行分析，这时相绕组磁链ph为永磁磁链pm与其自感磁链i之和，即：,其对应的磁共能为：,由机电能量转换原理,一相电磁转矩为：,双凸极永磁电机基本结构和工作原理,由上述计算可得下图,双凸极永磁电机基本结构和工作原理,特点以及优缺点,1.定转子均为凸极结构；,特点,2.定子齿上装有集中式绕组；,3.转子上既没有绕组，也没有永磁体适合高速运行；,4.定子上装有永磁体结构稳定，易于冷却；,5.由于主磁路中放有两块磁导率与空气相近的永磁体，绕组电感比SR电机要小很多。,双凸极永磁电机,1、结构简单，无刷，转子上无绕组和永磁体，可靠性高；2、因主磁场由高性能永磁体建立,相绕组匝数较少、相电流较小，铜耗较低，故可提高系统效率；3、因在一个转子极距中，绕组均可通电工作，产生电动转矩，故增大了输出转矩，提高了单位体积能量转换密度和转矩密度；4、转矩脉动较小，且功率密度高，材料利率高；5、因为相电流换向位置处的电感小，故换向冲击振动和噪声较小。,优点,双凸极永磁电机,1、DSPM采用双极性功率变换器，以能提供正、负向电流，不仅所用主开关器件多（每相至少要用两只主开关器件），而且存在因误触发使上、下桥臂直通故障的隐患；2、永久磁钢的引入，降低了电动机结构整体性和坚固程度；3、磁阻转矩虽然在理想条件下其平均值为零，但实际运行中，若控制参数不合适，不仅可能形成负的平均转矩，削弱电动机的输出转矩，而且会增大瞬时转矩脉动；4、存在高温环境运行能力有限、调速范围不易改变等局限。,缺点,2020/4/26,双凸极永磁电机控制及功率变换电路,发展现状及应用前景,学者在了解其以上特性之后，在对DSPM电机的研究中，主要开展以下几方面的工作：,1.参数和静态特性的分析计算,2.永磁材料最佳用量,3.弱磁控制,发展现状,发展现状及应用前景,为了进一步了解该电机的特点及与其他电机的区别，下表列出了几种电机的性能比较。,应用前景,在外形尺寸基本相同的情况下，DSPM电机的转矩/电流比和转矩/惯量比均明显高于其他各类电机,而其永磁材料用量不到永磁无刷直流电机和永磁同步电机的一半,具有明显的优势。,发展现状及应用前景,随着微电子和电力电子技术的进一步发展，电子元器件成本的下降，单片机功能的日益完善，高性能的永磁材料的普及和成本的下降，以及DSPM电机设计理论，系统优化设计，控制策略等的深入研究，DSPM电机调速系统可能在成本、性能方面超出现有的交流变频调速系统和开关磁阻电机调速系统，在调速和伺服（电动汽车）领域取得突破性发展。,应用前景,endthankyou!,
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