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1、新型、特种电机漫谈,西莫电机论坛2009年1月12日,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,2,目录,新型特种电机概述,在研电机介绍,总结,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,3,新型特种电机概述,背景介绍,随着新材料、新技术的发展，出现了很多新型、特种电机，这些电机都是为了满足某些特定场合的需要而产生的。如永磁直驱电机和无刷双馈电机是风电发展的需要，直线电机、超导电机、爪极电机和双机械端口电机是为了满足交通发展的需要，脉冲发电机等是适应军事变革的需要，而横向磁通电机、感应子电机的研制则分别旨在提高电机的功率密度和转矩密度。另外为了满足控制系统的特殊要求，还出现了
2、很多微电机。由于新型、特种电机适用的场合与常规电机不同，因此在电机结构、设计和运行特点上存在很大差异，需要进行大量的研究工作。,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,4,新型特种电机概述,原理介绍,常规电机的运行是基于电磁感应原理，而新型、特种电机除此之外，还包括利用压力、声、热等效应实现机电能量转换。如用作照相机镜头和工业机器人中的超声波电动机是基于压电陶瓷的逆压电效应而工作的；基于温差效应而工作的形状记忆合金电机，被应用于机器人、宇宙飞船和导弹助推器；还有利用热能直接发电的行波热声发电机，等等。这些新型、特种电机的出现主要得益于新材料，新技术的发展。,华中科技大学电气与电子工
3、程学院,特种电源系统研究组,5,新型特种电机概述,特种电机分类,与常规电机结构或原理不同的都可以称为新型、特种电机，其也有很多分类办法。如按照相数，可分为单相、三相和多相电机；按照频率，可分为工频、中频和高频电机；按照电压等级，可分为低压电机和高压电机；按照电机转速可分为单速电机和多速电机，还可分为低速和高速电机；按照有无电刷可分为有刷电机和无刷电机；按照励磁的来源可分为电励磁、永磁和混合励磁电机；按照磁通走向可分为径向、轴向和横向磁通电机；按照轴承可分为机械轴承、磁轴承和无轴承电机；按照磁路介质性质可分为铁心电机和空心电机；按照磁场方向还可以分为同性极式和异性极式电机。,华中科技大学电气与电
4、子工程学院,特种电源系统研究组,6,新型特种电机概述,按照转子形式可分为叠片和实心转子电机，还可分为内转子和外转子电机，以及单转子和双转子电机；按照定子形式可分为单定子和双定子电机；按照有无槽还分为有槽电机和无槽电机；按照气隙是否均匀可分为均匀气隙、单凸极电机和双凸极电机；按照运动方向又分为旋转电机、直线电机和直线振荡（往复）电机；按照机械端口个数可分为单机械端口和双机械端口电机；按照馈电方式可分为单馈和双馈电机；按照转矩产生来源分为磁阻电机和非磁阻电机；按照功率密度分为一般功率密度和高功率密度电机。,特种电机分类,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,7,新型特种电机概述,按照
5、用途可分为发电机、电动机和控制用电机。控制用电机主要包括伺服电机、自整角机、步进电动机、旋转变压器、交直流两用电机和测速发电机等；有些电机如爪极电机，罩极电机，超导电机，音圈电机等是按照其结构特点定义的。此外还有些电机是按照其应用场合命名的，如汽车电机，舰船电机，航空电机，航天电机，超低温和超高温电机，潜水电机，潜油电机，牵引电机，防爆电机，脉冲电机等。据不完全统计，电机种类多达数百种，并广泛应用于国民经济各个领域，电机工业为我国现代化建设做出了重要贡献。,特种电机分类,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,8,在研电机介绍,研究背景及意义,对于移动系统用的发电机，要求高可靠性和
6、高功率密度。高可靠性要求电机最好是无刷，电励磁，实心转子结构。高功率密度要求电机可以在高转速下运行，进而减小电机的体积和质量。以上就对电机的提出了很高的性能要求，常规电机无法满足。为了满足高功率密度的需要，感应子电机应运而生。感应子电机可以用作航空电源，舰船电力推进，混合动力汽车，风力发电等场合。,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,9,在研电机介绍,电机原理,感应子电机是基于磁通脉振理论而工作的。它的电枢绕组和励磁绕组均布置在定子上，转子称为感应子，其上无任何绕组和部件，为实心结构，可以运行在100000r/rpm以上。电机损耗小，可靠性高，具有非常优良的特点。感应子电机分为
7、同性极式和异性极式感应子电机。本课题选用的是同性极式感应子电机。同性极式感应子电机电枢绕组和常规电机无异，为三相对称绕组。励磁绕组为环向集中绕组。当励磁绕组通直流电时，由于感应子表面的磁阻不同而形成方向不变，幅值介于最大最小值之间的稳恒磁场。当感应子旋转时，这一磁场为脉振性质，在电枢绕组内感应电动势，从而实现机电能量转换。,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,10,在研电机介绍,图1感应子电机转子结构示意图,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,11,在研电机介绍,图2感应子电机左半部结构示意图,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,12,在研电机介
8、绍,图3感应子电机定子结构示意图,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,13,在研电机介绍,图4感应子电机磁通示意图,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,14,在研电机介绍,图5感应子电机左边径向磁通示意图,华中科技大学电气与电子工程学院,特种电源系统研究组,15,总结,21世纪，其他学科与技术的发展，极大地促进了电机学科的发展。如功率电子学，大功率，高电压电力电子器件的出现；材料科学的进步，绝缘材料，永磁材料，超导材料，都推动着电机向高功率密度，低噪声，无电磁干扰，高效率，高可靠性的绿色环保电机方向发展。目前研究热点主要集中于超导电机，磁轴承及无轴承电机，无传感器电机，永磁电机，无刷电机，开关磁阻电机等。相信古老的电机学科必将焕发新的生命活力！,谢谢大家,