新型、特种电机漫谈

1、新型、特种电机漫谈 特种电源系统研究组2目录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新型特种电机概述新型特种电机概述Z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，随着新材料、新技术的发展，出现了很多新型、特种电机，这些电机都是这些电机都是为了满足某些特定场合的需要而产生的为了满足某些特定场合的需要而产生的。如永磁直。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、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，脉冲发爪极电机和双机械端口电机是为了满足

2、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，还出现了很多微电机。控制系统的特殊要求，还出现了很多微电机。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，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

3、组4新型特种电机概述新型特种电机概述Z原理介绍 常规电机的运行是基于常规电机的运行是基于电磁感应原理电磁感应原理，而新型、特种电机除，而新型、特种电机除此之外，还包括利用此之外，还包括利用压力、声、热等效应压力、声、热等效应实现机电能量转换。如实现机电能量转换。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

4、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。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程学院 特种电源系统研究组5新型特种电机概述新型特种电机概述Z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。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为工频、中频和高频

5、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、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

6、机；按照磁场方向还可以分为同性极式和异性极式电机。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子工程学院 特种电源系统研究组6新型特种电机概述新型特种电机概述Z 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；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；按照气隙是否均匀可分为均匀

7、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。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新型特种电机概述新型特种电机概述Z 按照用

8、途可分为发电机、电动机和控制用电机。控制用电机按照用途可分为发电机、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，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，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，

9、牵引电航天电机，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。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。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在研电机介绍在研电机介绍Z研究背景及意义 对于移动系统用的发电机，要求高可靠性和高功率密度。高对于移动系统用的发电机，要求高可靠性和高功率密度。高可靠性要求电机最好是无刷，电励磁，实心转子结构。高功率密可靠性要求

10、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。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。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。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在研电机介绍在研电机介绍Z电机原理 感应子电

11、机是基于磁通脉振理论而工作的。它的电枢绕组和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，可以运行在部件，为实心结构，可以运行在100000r/rpm以上。电机损耗小，以上。电机损耗小，可靠性高，具有非常优良的特点。可靠性高，具有非常优良的特点。 感应子电机分为同性极式和异性极式感应子电机。本课题选感应子电机分为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

12、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，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。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在研电机介绍在研电机介绍Z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

13、 特种电源系统研究组11在研电机介绍在研电机介绍Z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在研电机介绍在研电机介绍Z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在研电机介绍在研电机介绍Z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总结总结Z 21世纪，其他学科与技术的发展，极大地促进了电机学科的世纪，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