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高速開關磁阻電機

高速開關磁阻電機

發布日期:2014-12-10 11:46 來源: 點擊:

開關磁阻電機(Switched Reluctance Machine,以下简称SRM)是上世纪八十年代出现的一种新型无刷电机,采用功率电路脉冲供电,是典型的机电一体化男人的天堂。SRM由于自身特点使其应用于高速场合具有以下独特的优势:① 转子为简单坚固的叠片结构,无永磁材料或绕组,可以承受很高机械强度和离心力,高速性能优异、对高温等恶劣运行环境适应性好;② 绕组相间耦合弱,缺相故障运行能力强,相绕组串在主电路两功率管之间,不会发生桥臂直通短路故障,系统的可靠性高、容错能力强;③ 控制非常灵活,易实现四象限运行,在宽转速范围容易实现高效率运行;④电机起动电流小、起动转矩大,加速性能好。因此,SRM结构简单坚固、高速性能优异、可靠性高、容错能力强等特点,适合在先进制造、航空航天等高速领域中应用,被认为是未来具有很强竞争力的一种调速驱动系统。

南京航空航天大學開關磁阻電機课题组是国内最早开始研究SR电机的研究单位之一,近二十来一直致力于SR电机研究和开发,研制出多种不同规格的样机,其中的6项成果通过了省、部级技术鉴定,4次获得省、部级科技进步奖,部分成果已转让给数家工厂男人的天堂,在相关男人的天堂得到了成功应用。我们课题组近期先后获得多项纵向和横向的资助,有效系统地开展了高速SRM的关键技术研究,特别是对高速SRM的一体化设计方法、转子动力学、专用集成电路、非直接位置传感器、功率变换器新拓扑及高速SRM转子结构等方面进行了大量的研究和试验,取得了系列成果,南京航空航天大学開關磁阻電機课题组近几年先在国家自然科学基金和江苏省高技术项目等项目资助,系统地开展了高速SRM的关键技术研究,特别是对高速SRM的一体化设计方法、转子动力学、专用集成电路、非直接位置传感器、功率变换器新拓扑及高速SRM转子结构等方面进行了大量的研究和试验,开发了系列样机。

随机床技术和高速切削技术的发展,对机床电主轴的性能也提出越来越高的要求,电主轴技术的发展趋势主要表现在以下几个方面:高速、高刚度;高速大功率、低速大转矩;高精度、高可靠性和长工作寿命;快速启、停等。SRM能够适应电主轴的这种发展趋势,体现在:SRM系统效率高,输出功率大,在宽广的调速范围内,整体效率比其它系统高出10%以上;在低转速段具有高输出转矩,普通交流电机驱动的主轴空载时功率因数为0.2~0.4,满载时为0.86~0.8。而SR主轴电机的功率因数空载时可达0.995,满载时可达0.98。因此,电主轴開關磁阻電機具有较高的性价比和独特的性能优势,在先进制造、航空航天、能源等领域具有广阔的应用前景。

項目合作基礎(包括①已承擔各類基礎、應用項目;②已獲專利、獎項及論文發表情況;③研究團隊介紹)

南京航空航天大学開關磁阻電機课题组是国内最早开始研究SR电机的研究单位之一,近二十来一直致力于SR电机研究和开发,研制出多种不同规格的样机,其中的6项成果通过了省、部级技术鉴定,4次获得省、部级科技进步奖,部分成果已转让给数家工厂男人的天堂,在相关男人的天堂得到了成功应用。我们课题组近期先后获得多项纵向和横向的资助,有效系统地开展了高速SRM的关键技术研究,特别是对高速SRM的一体化设计方法、转子动力学、专用集成电路、非直接位置传感器、功率变换器新拓扑及高速SRM转子结构等方面进行了大量的研究和试验,取得了系列成果,并成功开发了一种高速SRM系统其最高转速达130,000r/min,是国内自主开发的最高转速的SRM。2007年通过国防科工委组织的成果鉴定。申请发明专利8项,拥有已授权发明专利3项。

南航開關磁阻電機课题组现有固定成员6人,5名高级职称、1名中级职称,均有多年从事開關磁阻電機研究和开发的经验,此外每年参与该项目的研究生可达3-4人。

技術特點(技術優勢或創新點):

1)超高速開關磁阻電機:额定转速100,000r/min;转速可达130,000r/min;功率1kW;输入电压220/380VAC;

2)高速開關磁阻主軸電機:調速範圍轉速2,000r/min-24,000r/min;轉速可達30,000r/min;功率1.5kW;輸入電壓220/380VAC;

技術優勢:

SR電機環境適應性強,具有起動性能好,工作轉速穩定的優點。同時,該電機在寬轉速範圍內都具有良好的出力特性,因此在寬轉速範圍內皆具有較好的加工能力,能滿足在同一台機床上實現低速重切削、高速精加工的工作要求,符合現代高速主軸電機的發展方向。

主要創新點:

1)在高速SRM結構方面提出一種圓柱凸極複合型轉子結構(ZL200610039202.2),保持了SRM凸極轉子結構簡單、堅固的特點,有效減少電機運行時凸極轉子的風阻,同時也有利于轉子的散熱。

2)研制了國內首片SRM控制的專用集成電路(200710191696.0)(該芯片的角度控制功能爲國際首創),設計了全新的高速SRM控制系統,解決了高速SRM的實時角度控制問題,提高了系統的可靠性。

3)采用ASIC+MCU的控制模式,系統控制電路簡單,可靠性高,人機界面友好。

應用推廣情況:

應用領域

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應用的優點

精密機床

高速電主軸電機

響應快,調速平穩,起動性能好(遠好于普通電機)

電動汽車

驅動主電機

力矩大,體積小,無需減速機構,成本低

高速泵、飛輪儲能等

高速驅動電機

調速範圍寬、控制靈活。

航空設備

航空高速起動/發電機、泵電機、驅動電機

可靠性高、容錯性能好,環境適應性強

效益分析

近几年中国数控机床男人的天堂的发展令人瞩目,2006年数控机床的产量达85756台,同比增长了32.7%,主轴电机是易耗品,国内高速精密加工领域对高端主轴电机每年需求几十万台,进口的高端主轴每台价格高达万元以上,其市场产值近百亿元。本项目成果经过进一步的技术改进,可以达到中、高端主轴电机的性能要求,可减少对进口男人的天堂依赖、提高国产机床的经济效益,产业化前景广阔。拥有自主知识产权、低成本、高性能的高速SRM在高速加工、航空航天驱动等高速领域的成功应用,可带来巨大的经济效益和社会效益。本项目的研究成果还可应用于电动/混合动力汽车、分布式电源、机械飞轮储能、航空航天等领域,因此本项目的研究对拓展開關磁阻電機的應用領域,发展我国能源工业、汽车工业、国防工业均有重要的现实意义。

合作方式

1)産學研合作共同申報成果轉化專項資金/科技支撐計劃項目等計劃類項目;

2)産學研合作共同成立校企聯合研發中心等研發平台;

3)産學研合作共同申報國家、省市工程中心/國家、省市重點實驗室等公共平台;

4)技術轉讓,合作開發。


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