第１０卷第２期电机与控制
学报
Ｖ０１．１０Ｎｏ．２２００６年３月
ＥＬＥＣＴＲＩＣＭＡＣＨＩＮＥＳ
ＡＮＤ
ＣＯＮＴＲＯＬ
Ｍａｒｃｈ
２００６
混合励磁同步电机发展现状及应用前景
赵朝会，
秦海鸿，
严仰光
（南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室，江苏南京２１００１６）
摘要：针对现有混合励磁同步电机的结构及其特点，简述了混合励磁同步电机的工作原理，并根据其拓扑结构对现有混合励磁同步电机进行了分类，提出了现有混合励磁同步电机的适宜结构形式，指出了其应用前景。
关键词：混合励磁；永磁；励磁绕组；同步电机
中图分类号：ＴＭ３８３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７—４４９ｘ（２００６）０２一０１１３—０５
ＰｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｅｒｓｐｅｃｔｉＶｅｏｆｈｙｂｒｉｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｍａｃｌｌｉｎｅ
ＺＨＡ０Ｃｈａｏ—ｈｕｉ，
ＱＩＮ
Ｈａｉ—ｈｏｎｇ，
ＹＡＮＹａｎｇ—ｇｕａｎｇ
（Ｋｅｙ
ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＰｏｗｅｒ
Ｓｙｓｔｅｍ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ０ｆＡｅｍｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｍｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＨＥＳＭ’ｓｅｘｉｓｔｅｄｓｔｍｃｔｕｒｅａｎｄｆｅａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉ－ｐｌｅ．
Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ１ｌｓｔｏｐｏｌｏｇｙｓｔｍｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｄＨＥＳＭｗａｓｃｌａｓｓｉ６ｅｄ．
Ｓｕｉｔａｂｌｅ
ｓｔｌｌｌｃｔｕｒｅ
ｏｆｔｈｅｅｘｉｓ—
ｔｅｄＨＥＳＭｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｅｒｓｐｅｃｔｉＶｅｏｆＩ｛ＥＳＭｗａｓｉｎｄｉｃａｔｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ；ｐｅｎｎａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ；ｆｉｅｌｄｗｉｎｄｉｎｇ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅ
１
引
言
罗斯于１９８８年率先完成了混合励磁同步发电机的研制并在移动电源方面获得了应用。美国Ｗｉｓｃｏｎ—混合励磁同步电机｝ｌＥＳＭ（Ｈｙｂｒｉｄ
Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
ｓｉｎ—Ｍａｄｉｓｏｎ大学在２０００年、２００２年分别研制成功
Ｓｙｎｃｈｍｎｏｕｓ
Ｍａｃｈｉｎｅ）是２０世纪８０年代末由俄罗斯３ｋｗ、１０ｋｗ两种不同结构的ＨＥｓＭ电机。２’３１，日本学者Ｂ．Ａ．ＢａｕＩａｒｙｐ０Ｂ最早提出的一种新型电机结构ＫａｎａｚａｗａＴｅｃｈｎｉｃａｌ大学也在２００１年完成了
形式…。它集成了电励磁同步电机调磁方便且凋０．７５
ｋｗ电机的研制”１，这些研究推动了ＨＥＳＭ电
磁容量小和永磁同步电机效率高、转矩／质量比大等机的技术发展。我国对ＨＥｓＭ电机的研究起步较优点，同时又克服了永磁同步电机磁场调节难的缺晚，尚处于初期阶段，为了使人们更好地了解该电机陷，有较大的推广应用价值。
的特点，促进该新型电机在我国的发展和应用，本文近年来，人们对节能与宽调速驱动系统和独立
较系统阐述了该电机的原理、分类、现状及特点，并发电系统（如风力发电）的研究日益深入，ＨＥｓＭ电
指出了其应用前景。
机也得到了越来越多的重视，成为新的研究热点之一。许多欧美经济发达国家投入大量的人力、物力２混合励磁同步电机的工作原理
和财力进行了ＨＥＳＭ电机的理论和应用研究。俄
ＨＥｓＭ电机有两个磁势源：一是永磁体，它在气
收稿日期：２００４—０９一０２：修订日期：２００５—１０一１８基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（５０３３７０３０）
作者简介：赵朝会（１９６３一），男，博士研究生，主要研究方向为电力电子及电力传动；
秦海鸿（１９７１一），男，博士研究生，主要研究方向为电力电子及电力传动；
严仰光（１９３５一），男，教授、博士生导师，主要研究方向为电力电子及电力传动。
万
方数据
１１４
电机与控制学报第１０卷
隙中产生一个基本不变的磁通；另一个是直流励磁绕组，工作时，通过调节励磁绕组上的电流大小和方向，使气隙中的磁通发生变化。
图１是英国学者１９８９年提出的一种ＨＥＳＭ结构ＨＪ，定子电枢绕组为三相对称绕组，被定子环形直流励磁绕组分成两部分，定子两段铁心由其外的背轭在机械和电磁上相连接；转子也分成Ｎ极端和
ＨＥＳＭ电机从拓扑结构上可归纳为７种拓扑，每种拓扑包含相应的一些方案，共约有１１种方案，如表１。
表１
ＨＥＳＭ电机的拓扑及方案
ｓｃｈｅｍｅｏｆＨＥＳＭ
方案３
Ｔａｂｌｅ１’１１１ｅｔｏｐｏｌｏｇｙａｎｄ
拓扑爪极电励磁
方案１方案２
永嗣步电机
ＰＳＣＰＦ
磁势并联转子磁路独立转子混合励磁电机㈦
ＰＣ—ＰＳＣＰＦ
混合励磁电机㈣
ＩＤ—ＰＳＣＰＦ
ｓ极端两部分，每极端由同极性永磁体极和铁心极
交错排列，且两端的Ｎ、Ｓ永磁体极和铁心极相互错开。转子铁心和转轴问为导磁性能好的转子背轭。
工作时，若直流励磁电流为零，则气隙磁场只由永磁体产生，工作磁通从Ｎ极端的永磁体发出，经气隙和定子铁心回到ｓ极端永磁体；若直流励磁电流与图１（ａ）所示电流方向相反时，则同一极端永磁体极和铁心极磁场方向相同。对定子绕组而言，同一线圈下既有Ｎ极又有ｓ极，从而使气隙有效磁场．减弱。当励磁电流大到一定值时，气隙合成磁场变为零；若直流励磁电流与图１（ａ）所示电流方向相同时，则同一极端永磁体极和铁心极磁场方向相反。对定子绕组而言，同一线圈下磁场极性相同，气隙合成磁场增强。因此，通过调节励磁电流的大小和方向，即可使得气隙磁通发生变化，达到调磁的目的。
顺极式混合
励磁同步ｌ概
ＣＰＰＭ
轴向，径向混合轴向磁场混合励磁电机㈦
Ｒ／Ａ—ＣＰＰＭ
励磁电机㈣
ＡＦ—ＣＰＰＭ
混合励磁爪极电机
ＨＥＣＰ
混合励磁爪极电机【７’
ＨＥＣＰ
组合转子混合励磁电机
ＨＥＣＲ
混合励磁磁阻同步电机Ⅲ
ＲＳ—ＨＥＣＲ
混合励磁径向磁通同步电机㈨
ＳＰＭ—ＨＥＣＲ
混合励磁切向磁通同步电机
ＩＰＭ—ＨＥＣＲ
同步，永磁混－合电机
ＳｖｎＰＭ
同步／永磁混合电机‘”１
ＳｙｎＰＭ
环形定子横向磁通电机
７ＩｓｒＩＴ
环形定子横向磁通电机㈨
ＴＳＴＦ
瓦状式混合励磁电机
ＩＨＥＭ
瓦状式混合励磁电机Ⅲ１
ＩＨＥＭ
３．１爪极电励磁永磁同步电机
ＰＳＣＰＦ电机拓扑是在永磁同步电机的基础上加上爪极结构的电励磁部分而构成的，如图２所示。
（ａ）截面图
Ｎ
１一转轴２一Ｎ极３一导磁支４一Ｓ极；５一励磁绕组
渣；豳；
６一定子铁心
Ｓ
７一永磁体８一非磁性材料９一极靴１０一转子背轭、占，、ｐ附加气隙
图２爪极电励磁永磁同步电机
Ｆｉｇ．２
Ｐｅ咖ａ眦ｎｔＭａｇＩＩｅｔ
Ｓｙ耻ｈｒｏｎｏ璐Ｍ舵ｈｉ眦埘ｔｌｌ
Ｃｌａｗ
Ｐ０ｌｅＦｉｄｄＥｘｃｉｔａｔｉｏｎ
图２为俄罗斯学者提出的混合励磁同步电机…，它的转子部分与径向磁化结构稀土永磁转子类似，稀土永磁体７外装有由导磁体９和非导磁体
（ｂ）转子结构
１．励磁绕组２．定子背轭３．定子铁心４．定子绕组５．转子铁心
８间隔焊成的紧圈，它是爪极转子的一部分，爪极部分的电励磁绕组５及其导磁支架３固定不动，由于电励磁磁路存在非工作气隙艿。和艿：，从而实现了无刷励磁。
工作时，励磁绕组产生的磁通经导磁支架３的
６．转子背轭７．永磁体图ｌ混合励磁同步电机结构
Ｆｉｇ．１
Ｔｈｅｓｔｎｌｃｔｕｒｅ
ｏｆｌＩＥＳＭ
３混合励磁同步电机的分类及发展现状
根据对ＥＩ、ＩＮｓＰＥＣ、ＣＮＫＩ数据库的检索，目前，
内圆筒（轴向）一导磁支架底部（径向）一，导磁支架
外圆筒（轴向）…，非工作气隙６．（径向）＿水平磁极
万方数据
第２期
混合励磁同步电机发展现状及应用前景
１１５
（轴向）＿气隙６（径向）一定予铁心（径向）一气隙艿（径）一＋转子铁心极（径）一，转子铁心（径）一转子背（径向）一爪极磁极２（径向）～，导磁轴套（轴向）＿
轭（轴）一罅々子铁心（径）一斗转子铁心极（径）＿气隙非工作气隙６：（径向）一一＋导磁支架内圆筒形成磁路。
（径）一定子铁心（径）＿定子背轭。这两个磁势源永磁体产生的磁通经爪极磁极２一一，气隙８（径向）一的磁路可以近似认为是相对独立的（因为永磁体的
定子铁心一气隙６（径向）一，爪极水平磁极一，永磁体磁导率很低，磁阻很大，电励磁产生的磁通几乎不通一转子铁心＿永磁体ｓ。励磁绕组产生的磁势增强
过永磁体），两者并联提供工作磁通，共同作用形成或减弱气隙磁通。在这种结构中，两种磁势是并联电机的主磁场。
关系，励磁绕组放置在定子上，省去了滑环、电刷。由上分析可知，这种结构的电机为径向／轴向混
但它的电励磁部分为爪极结构，附加气隙多，磁路
合结构磁路，附加气隙多，磁路磁阻较大，故适宜为
长，漏磁大，永磁磁路和电励磁磁路耦合较强。电励短而粗的结构。
磁的磁通路径中既存在轴向磁路，又存在径向磁路，
２００２年，美国学者ＬＩＰ０Ｔ
Ａ针对轴向磁通环
因此在这种结构中，电机不宜细长。中国学者所提形永磁电机Ａ兀＇ＰＭ（ａ）【ｉａｌ
ｎｕｘｔｏｒｏｉｄａｌＰＭ
ｍａｃｈｉｎｅ）
出的混合励磁同步电机∞Ｊ，结构上同俄罗斯的基本的弱磁运行问题，提出了ＣＰＰＭ电机的一种新的方
相同，不同之处在于存在隔磁环，使得电励磁部分和
案∞Ｊ。该电机由二个环形定子铁心（其中嵌有多相永磁部分各自独立，减少了永磁和电励磁间的耦合。
电枢绕组）、二个盘式转子和一个直流励磁绕组构
３．２顺极式混合励磁同步电机
成。直流励磁绕组放置在内外环形定子之间。两个ＣＰＰＭ电机是英国学者Ｅ．ｓｐｏｏｎｅｒ提出的一种盘式转子表面被分成内圈和外圈，上面交错排列着电机拓扑，日本、美国学者随后对这利－新的结构（图永磁极和铁心形成的中间极。ＮｄＦｅＢ永磁极被轴向３）进行了研究。定子电枢绕组为三相对称绕组，定安装在两片转子的内表面，永磁极的Ｎ极如果被放子被环形直流励磁绕组分成两部分，定ｆ两段铁心在转子的内圈，那么Ｓ极就被放在转子的外圈。通由其外的背轭在机械和电磁上＾相连接；转子分成Ｎ
过调节励磁绕组的电流，气隙中的磁场就可以发生
极端和ｓ极端两部分，每极端由同极性永磁体极和
改变。分析可知，两种磁势是并联关系，磁路为轴向铁心极交错排列，且两端的Ｎ、ｓ永磁体极和铁心极磁路，电机不宜细长。
也相互错开。转子铁心和转轴问为导磁性能好的转３．３混合励磁爪极电机
子背轭，用于转二ｆ的轴向导磁。
１１ＥＣＰ电机主要有定子、转子爪极、转子磁轭、
永磁体和励磁绕组组成。其中定子含内、外两部分，
外定于与普通电机的定子类似，槽中嵌有多相对称
绕组，内定子上放有环形直流励磁绕组。在相邻的
两个爪极之间放置永磁体伸１。
励磁绕组是一个环形线圈，通电后所产生轴向磁通经转子磁轭到达爪极，然后流经气隙、定子铁
心、气隙和爪极，回到转子磁轭，如此形成一个回路，在爪极表面上形成Ｎ、Ｓ间隔的极性。
爪极式混合励磁电机中存在轴向和径向磁通，
转子
定子
但以径向磁通为主，结构上适宜短粗，不宜细长。
１一转子铁心２一永磁极３一转子背轭４一铁心极５一定子绕组
６一定子背轭７～励磁绕组８一定子铁心
励磁电流所产生的磁通与永磁磁通在磁路上呈图３径向，轴向磁场ＣＰＰＭ电机
并联关系，气隙磁场为两者之和。通过控制励磁绕
Ｆｉｇ．３
Ｓｔｍｃｔｕｒｅ
ｏｆｔｈｅ
Ｒａｄｉ删ａｌ—ｆｌｌＩｘ
ＣＰＰＭｍａｃｈｉ眦
组中电流的大小和方向，可灵活地调节气隙磁场。径向／轴向磁场ＣＰＰＭ电机。‘２１中，永磁体产生的爪极结构因为极数可做得多，所以适合于容量小、转
磁通路径为：Ｎ极磁体（径）…，气隙（径）…，定予铁心
速低的电机。其缺点是有轴向磁路、漏磁大。
（径）一定子背轭（轴）一一定于铁心（径）一，气隙（径）３．４组合转子混合励磁电机
。Ｓ极磁体（径）～＋转子铁心（径）一转子背轭（轴）图４是英国学者Ｃ１．ＩＡＬＭＥＲＳ
Ｂ
Ｊ等在１９９８年
一转子铁心（径）．＿Ｎ极磁体（径）；当励磁绕组通电提出的ｌ｛ＥｃＲ电机ｐＪ。电机采用普通交流电机定流时，励磁电流所产生的电励磁磁通路径为：定子铁子，转子则由ＡＬＡ（ａｘｉａｌｌｙ—ｌａｍｉｎａｔｅｄａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）转子
心（径）一定子背轭（轴）～一，定子铁心（径）…＋气隙
和表贴式永磁转子两部分组合构成。
万
方数据
１１６
电机与控制学报
第１０卷
在这种结构中，永磁通和“弱磁”磁通各自具有
不同的物理磁路——永磁通只在永磁段的磁路中流
通（径向），“弱磁”磁通只在磁阻段中流通（径向），“弱磁”表现为一种合成的效果，在定子铁心的硅钢
片中，并不存在真正的磁场削弱。因此，在低速运行
时，磁阻部分基本上不产生转矩，从而导致了较低的电机转矩密度，而高速“弱磁”运行时，永磁段的磁通基本不变，磁阻段的磁通则随“弱磁”程度的增大而增大，从而导致铁磁损耗随速度几何级数增大。永磁体直接暴露在电枢之下，也容易使其产生不可恢复的去磁。
为了克服上述方案的缺陷，日本学者把图４中的磁阻部分换成了电励磁Ｈ１。
一堪ｉ０蛐Ｉ
。
毒
～鑫
☆，磁阻部分＾，一永磁部分
图４组合转子混合励磁电机
Ｆｉｇ．４
ＣｏｍｂｉｎａｔｉｏｎＲｏｔｏｒＩｂｂｒｉｄＥｘｃｉｔａｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅ
组合转子｝昆合励磁电机转子的两个部分之间用
空气隙隔开，相当于隔磁环，使得两部分磁路彼此独
立，每一部分的磁路均为径向的。两部分磁势并联，长度视电机要求适当选取。ＳｙｎＰＭ电视是美国学者ＬＩＰＯ
ＴＡ
２０００年提出
的，如图５所示¨０｜。它的转子上既有永磁极（４极）
又有励磁极（２极），定子仍为传统的多相电机的定
子结构。通过调节励磁电流，ＳｙｎＰＭ电机不仅气隙
磁场发生变化，而且极数也可以从６极变为２极。
图５
ＳｙｌｌＰＭ电机
Ｆｉｇ．５
ＳｔｍｃｔｕｒｅｏｆＳｙＩｌＰＭｍａｃｈｉｎｅ
在这种结构中，两种磁势为并联关系，永磁体产万
方数据另一条是通过与它相邻的电励磁磁极。而电励磁产
生的磁通主要在两个励磁绕组之间流通。但不管是
永磁体还是励磁绕组，两者产生的磁场均为径向磁场。由于励磁绕组在转子上，故电机中有电刷和滑环。３．６环形定子横向磁通电机
１＇ＳＴＦ电机是英国学者１９８９年提出的～种
ＨＥｓＭ拓扑，结构见文［５］。
在这种结构中，永磁体和励磁绕组产生的均为轴向磁场，两种磁势属于并联关系。励磁绕组在定
子上，省去了滑环和电刷。结构上宜短粗。３．７瓦状式混合励磁电机
ＩＨＥＭ电机¨¨是法国学者Ａｍａｒａ提出的，这种结构的电机仅作为电动机使用，它实现了无刷化。具有较好的磁通调节能力以利于实现弱磁升速。
ＩＨＥＭ电机中，励磁电流所产生的磁通与永磁磁通
在磁路上呈并联关系，气隙磁场为两者之和，并且励
磁电流和永磁体产生的磁通都是径向磁通。
３．８各类ＩＩＥＳＭ的比较
七种ＨＥｓＭ拓扑中，两种磁势源采用并联联接方式，励磁绕组产生的磁通几乎不通过永磁体，用较
小的励磁电流就可以改变气隙磁通，并且永磁体没
有去磁风险。
结构上，ｓｙｎＰ时、ＨＥｃＲ两种电机相对简单，易于加工制造，并且磁路短，转矩密度大。但励磁绕组
放置在转子上，有电刷和滑环，增加了机械结构的复
杂性，并使得可靠性和效率有所降低ｊ
磁通路径上，ＣＰＰＭ、ＨＥＣＰ、爪极电励磁永磁同步电机、环形定子横向磁通电机都含有轴向磁场，使
得它们只能做成短粗状。
通过对１１种方案的比较，可以看出：爪极电励磁永磁同步电机、ＨＥＣＰ由于采用了爪极结构，因此
附加气隙多，磁路长，漏磁大、结构复杂，功率密度低；ｃＰＰＭ、环形定子横向磁通电机虽然控制方便，但
电励磁磁路附加气隙多，轴向磁场受电机直径的制约，且电机结构复杂；ＳｙｎＰＭ电机在功率密度、效率
和可靠性方面虽有所提高，但在弱磁方面把４极或
２极励磁磁通同电枢反应的６极磁通结合起来，将
导致一定数量的谐波成份，产生不希望的转矩脉动；
ＩＨＥＭ电机的定子、转子结构都过于复杂，制造和装
配成本较大，并且电机的功率密度较低，转矩波动
大，噪声大，漏磁严重。ＨＥＣＲ中的切向磁通．电机，
结构简单，出力性能最佳，并且由于聚磁作用，这种电机能在气隙中产生较大的磁密，通以一定的电流可以提供较大的转矩密度和功率密度，因此应是未
来更加重视的研究方向。对它上面存在的滑环、电
３．５同步／永磁混合励磁电机
生的磁通有两条路径，一是通过与它相邻的永磁体，
第２期
混合励磁同步电机发展现状及应用前景
１１７
刷，可以通过技术手段得以改善。机和高性能电机的发展开辟一条新的途径。因此，
４
ＨＥＳＭ电机的特点
具有广阔的应用前景：
１）作为直流发电机，它可以在飞机、舰艇、车辆
同其他电机相比，ＨＥＳＭ电机有如下特点：
中作为独立的发电系统使用，也可用来供给诸如直１）电机中同时存在两个磁势源，两者的磁通路流电动机、电解、电镀、电冶炼等负载，也可作为充电
径相互耦合、相互影响，电磁参数关系复杂；
等所需要的直流电源。
２）电机磁路中除传统电机的径向磁场外，多数２）作为交流发电机，它可以作为备用电源或独
还有轴向磁场；
立的供电电源使用，尤其适合高山、海岛等远离电网
３）设计的自由度大，励磁绕组可以放置在定子上，
的地方，当然它也可以并网运行。
也可放置在转子上；也可根据需要变化转子结构；
３）作为直流电动机，它可以用在高性能、高可４）励磁电流为双向变化的。
靠性的运动伺服系统中，如航天、航空、武器装备的正是具有如上的结构特点，ＩＩＥＳＭ电机工作可
运动控制系统中，也可以作为节能环保型电动车辆
靠稳定，气隙磁密调节方便，能够提供比电励磁同步
的驱动电机。
电机大的转矩密度和功率密度，因而特别适合输出４）作为交流电动机，在变频控制领域它应该大电压要求稳定、调速范围大、转矩大、功率大的场合。有作为。
５
ＨＥＳＭ电机的发展方向
参考文献：
［１］窦一平．组合励磁稀土永磁同步发电机的设计研究［Ｄ］．南京：
由于ＨＥＳＭ电机中同时存在两个磁势源，两者
南京航空航天大学，２００２．
磁通路径相互藕合、相互影响，加之这类电机的结构
［２］ＴＡＰＩＡＪｕａＪｌＡ，ＬＥＯＮＡＲＤｌＦｒａｎｃｏ，ＵＰ０
Ｔ
Ａ．Ｃ帆ｓｅｑｕｅｎｔｐ０１ｅ
都比较特殊，电磁参数关系复杂，呈很强的非线性，
ｐｅ彻彻ｅｎｔ
ｍａｇｎｅｔ
ｍａｃｈｉｎｅｗｉｔｈ
ｆｉｅｌｄ
ｗｅａｋｅｎｉｎｇ
ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ［ｃ］．
，朋Ｅ觑ｆ们Ｗ如ｎ岔如ｄ成肘口ｃ＾讥ｅｄ以Ｄ渤∞ｃｏ诉ｎｅｎ僻．
Ｃａｍ—
系统建模、分析计算和控制变得较为复杂，传统的电ｂｒｉｄｇｅ，ＵＳＡ，２００１：１２６—１３１．
机分析理论和分析方法往往难以奏效，传统控制方［３］ＡＹＤＩＮＭ，ＨｕＡＮＧｓＲ，ｕＰＯ
ＴＡ．Ａ
ｎｅ、ｖ
ａ）ｄａｌｆｉｕｘ
ｓｕ如ｃｅｍｏｕｎＩｃｄ
法也将难以满足要求。因此，在未来的研究中：
ｐｅ肋粕ｅｎ￡ｎ诅ｇｎｅｔＨｌ舱ｈｉｎｅｃａｐａｌ）ｌｅ０ｆ６ｄｄｃｏｎｈｏｌ［ｃ］．ｕｓＡ：ｚ醯汪
１）要研究混合励磁系统的特性参数、励磁调节
＾岱Ａ，口ｍ以脑砌曙．Ｐｉ廿ｓｂｍｇＩＩ，２００２：１２５０一１２５７．
规律和算法，开发出一类性能更好的励磁调节器：由［４］ＮＡＯＥＮｏｂｕｙｕｋｉ，ＦｕＫＡＭＩＴａｄ鹅ｈｉ．啊ａｌｐＴｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆ
ａ
ｈｙｂｄ—
工频电网供电的ＨＥＳＭ电动机的励磁控制要有利
ｅｘｃｉｔ“ｏｎｔｙｐｅｓｙｎｃｈｍｎｏｕｓ
ｍａｃｈｉｎｅ［ｃ］．跏Ⅻｄｆｎ舻ｏ，，Ｅ彻Ｇ’
２０叭．Ｆｍｒｍ．２００１：５４５—５４７．
于电机起动、改善稳态运行的功率因数；ＨＥＳＭ调速［５］ｓＰ００ＮＥＲ
Ｅ，ＫＨＡＴＡＢ
ｓ
Ａ
ｗ，ＮＩｃ０ＬＡＯｕＮＧ．Ｈｙｂｒｉｄ
ｅｘｃｉｔａ—
电动机要探索励磁电流和电枢电流的协调控制规
ｔｉｏｎ
０ｆＡｃａｎｄＤｃ
ｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ］．如ｕ砌ｚ
０，‰巧妙ｏ，讹，融∞￡盯
律，实现更宽的调速范围、更好的稳态和动态性能，
加＃矗ｌ“￡矿ｓｄｅ，比Ｐｎ，｝ｄ‰是冗。ｊ｝。夥，１９８９，３：４８—５２。
降低损耗，提高效率。
［６］Ｄ０ｕ
Ｙｉｐｉｎｇ，ｃＨＥＮ
Ｈａｉｚｈｅｎ．Ａｄｅｓｉｇｎｒｅｓｅａｒｃｈ
ｆｏｆ
ｈｙｂｒｉｄ
ｅｘｃｉｔａ．
２）根据不同性能要求研究永磁和电励磁的比ｔｉｏｎ
Ｔａｒｅ
ｅａｎｈ
ｐ唧ａｌｌｅｎｔ
ｍａｇｎｅｔ
ｓｙｎｃｈｍｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ［ｃ］．
例分配，研究电机的静态特性以及参数精确计算的，ＣＥ脚’２００１．Ｓｈｅｎｙａ“ｇ，Ｃｈｉｎａ，２００１：８５６—８５９．
［７］ｃＨＡＮｃｃ，ｚＨＡＮＧ
Ｒ
Ｊ，ＫｃＨＡｕＴ，拼口ｚ．Ａｎｏｖｅｌ
ｐｅ珊ａｎｅｎｔ
方法，建立电机的稳态和动态数学模型，提出电机的ｍａｇｎｅｔ
ｈｙｂｒｉｄ
ｍｏｔｏｒ
ｆｂｒｄｅｃ试ｃ
ｖｅｈｉｃｌｅｓ［ｃ］．№锄，ｂ鲈旷∞讹
设计原理和优化计算方法，研究电机励磁电流的双向
，ｍｅ丌ⅢｉＤＭｚｃｏ，咖ｒｅ７ｌｃｅ帆厨唧啦朋ｈ如ｉｎ∞．
Ｈ趴铲ｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ。
快速控制技术和高性能宽调速电力驱动系统的控制技
１９９５：６１８—６２３．
术，研究适合ＨＥＳＭ电机的高可靠数字控制装置。
［８］王群京，李国丽，马飞，等．具有永磁励磁的混合式爪极发电机空
３）ＨＥＳＭ电机的结构应朝着结构简单、附加气
载磁场分析和电感计算［Ｊ］．电工技术学报，２００２，（５）：ｌ一５．［９］ＣＨＬＡＭＥＲＳ
Ｂ
Ｊ，ＡＫＭＥｓＥＲ，ＭＵＳＡＢＡＬ．Ｄｅｓｉｇ印ａｎｄｆｉｅｌｄ—
隙少、磁路长度短、所需电励磁功率小的方向发展，ｗ悦ｋｅｎｉｎｇｐｅ而瑚锄ｃｅｏｆ
ｐｅ册ａｎｅｎｔ—ｍａ殍ｌｅ∥ｒｅｌｕｃｔａｒＬｃｅｒｎｏｔｏｒ埘ｔｈ
并且还要研究多余度结构的ＨＥｓＭ电机，提出余度
似。一ｐａｎ
ｒｏｔｏｒ［Ｊ］．舾船Ｐｒｏｃｅｅｄ缸ｇ
Ｅ地廊胁ｅｒ却幽ｈ如瑚，
结构方案。１９９８．２：１３３一１３８．
［１０］ＬｕＯｘｉａｏｇａｎｇ，ｕＰＯＴ
Ａ．Ａ
ｓｙｒＩｃｈｒｏｎｏｕｓ／ｐｅ册蛆ｅｎｔｍ踊ｅｔｈｙ娃ｄ
６
ＨＥＳＭ电机的应用前景
Ａｃ
ｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ］．肛船打Ⅱ圳口ｄ沾邢。ｎ
ｅ聊ｒｇｙ
ｃｏ聊ｅ您幻ｎ，２０００，２：
２０３—２ｌＯ．
混合励磁同步电机较好地解决了永磁电机励磁
［１１］ＹＡｃＩＮＥＡｍａ瑚，ＪＥＡＮＬｕｃｉｄａｎｎｅ，ＭＯＨＡＭＥＤＧａｂｓｉ，ｅ＃耐．Ａ
调节困难以及电励磁电机效率低的问题，是很有发ｎｅｗ
ｔｏｐｏｌｏ盯ｏｆ
ｈｙｂｒｉｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ］．晒ＥＥｎⅡ瑚础一
展前途的一种新型电机。它的开发将为我国节能电
￡ｆｎｍ
ｏｎ肌ｄｗ￡叮Ａ即如∞ｔ幻ｍ，２００ｌ，５：１２７３一１２８．
万
方数据
混合励磁同步电机发展现状及应用前景
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
赵朝会， 秦海鸿， 严仰光， ZHAO Chao-hui， QIN Hai-hong， YAN Yang-guang南京航空航天大学,航空电源航空科技重点实验室,江苏,南京,210016电机与控制学报
ELECTRIC MACHINES AND CONTROL2006，10(2)13次
参考文献(11条)
1.窦一平 组合励磁稀土永磁同步发电机的设计研究[学位论文] 2002
2.TAPIA Juan A.LEONARDI Franco.LIPO T A Consequent pole permanent magnet machine with fieldweakening capability 2001
3.AYDIN M.HUANG S R.LIPO T A A new axial fiux surface mounted permanent magnet machine capable offield control 2002
4.NAOE Nobuyuki.FUKAMI Tadashi Trial production of a hybrid excitation type synchronous machine 20015.SPOONER E.KHATAB S A W.NICOLAOU N G Hybrid excitation of AC and DC machine 1989
6.DOU Yiping.CHEN Haizhen A design research for hybrid excitation rare earth permanent magnetsynchronous generator 2001
7.CHAN C C.ZHANG R J.K CHAU T A novel permanent magnet hybrid motor for electric vehicles 19958.王群京.李国丽.马飞 具有永磁励磁的混合式爪极发电机空载磁场分析和电感计算[期刊论文]-电工技术学报2002(05)
9.CHLAMERS B J.AKMESE R.MUSABA L Design and fieldweakening performance of permanent-magnet/reluctance motor with two-part rotor 1998
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11.YACINE Amara.JEAN Lucidarme.MOHAMED Gabsi A new topology of hybrid synchronous machine 2001
相似文献(10条)
1.期刊论文 秦海鸿.戴卫力.王慧贞.陈志辉.严仰光.QIN Hai-hong.DAI Wei-li.WANG Hui-zhen.CHEN Zhi-hui.YAN Yang-guang 混合励磁双凸极无刷直流发电机中永磁与电励磁长度比例的研究 -中国电机工程学报2006,26(z1)
并列式混合励磁双凸极电机本体由永磁和电励磁两部份组合而成,后接整流桥构成混合励磁双凸极无刷直流发电机.发电机的特性在很大程度上决定于永磁部分和电励磁部分的比例分配,如何根据不同应用场合的需要合理分配两部份的比例对系统整体高性能的实现至关重要.文中试制了一台原理样机,以样机的设计参数为基础,利用数值计算方法研究了不同长度比例对该发电机电感特性及主要运行特性,包括空载特性、外特性、调节特性的影响,对电机应用于不同场合下所适合的长度比例分配进行了分析研究,并结合样机的实验测试结果,证明了文中分析的正确性,从而得出有意义的结论.
2.学位论文 王惠军 混合励磁永磁同步发电机的设计研究 2006
混合励磁永磁同步发电机(HEPMSG)结构简单、运行可靠，解决了常规永磁发电机励磁磁场不可调的问题，大大拓宽了永磁电机的应用领域。本文围绕HEPMSG的设计研究展开，所做工作主要包括以下几个部分：
首先，基于3D有限元分析，对混合励磁永磁同步发电机的磁路进行简化，提出了永磁体磁路和铁磁极磁路两部分气隙磁密的数学模型，并用有限元加以验证。
其次，在对永磁电机电抗参数计算方法研究的基础上，提出了该种结构电机的交、直轴电抗参数的有限元计算和测试方法。
应用双反应理论对混合励磁永磁同步发电机的外特性和固有电压调整率进行了深入的分析研究，推导了固有电压调整率与混合励磁永磁同步发电机性能参数之间关系的数学计算模型。定量分析了混合励磁永磁同步发电机的性能参数对外特性的影响规律和电机的结构参数对性能参数的影响规律。 对混合励磁永磁同步发电机电磁计算中的重要系数如漏磁系数、气隙系数以及电枢反应磁密的波形系数进行了研究，并利用电磁场计算软件
ANSOFT加以验证。提出了混合励磁发电机的主要结构尺寸如定子冲片、永磁体以及直流励磁槽等的选择原则和混合励磁发电机的电磁设计原则，并编制了混合励磁发电机的电磁计算程序。
在对影响永磁电机电压波形畸变率因数研究的基础上，利用有限元法和傅立叶分析求解永磁电机波形畸变率，从而对永磁体的形状进行优化来满足电压畸变率的要求。
在上述研究的基础上，本文设计制造了一台7.5kW、4极混合励磁永磁同步发电机样机，实验结果与理论分析基本一致，通过调节直流励磁电流能够有效的调节发电机的输出电压，表明永磁同步发电机采用混合励磁结构是合理和可行的。
3.期刊论文 窦一平.Youguang Guo.Jianguo Zhu.陈海镇.严仰光.DOU Yi-ping.Youguang Guo.Jianguo Zhu.CHENHai-zhen.YAN Yang-guang 混合励磁永磁同步发电机的电磁场有限元分析 -微特电机2007,35(5)
介绍了一种混合励磁永磁同步发电机的电磁场有限元分析,这种发电机的主发电机部分和一般的永磁同步发电机相同,样机采用了表面径向式磁钢转子,另有用于调节电压的辅助电励磁部分,两部分共有一套电枢绕组.为了精确计算该发电机的参数和特性,采用了电磁场有限元计算,特别是对磁场分布比较复杂的电励磁部分采用了三维电磁场分析,在有限元数值计算的基础上,推导了计算发电机外特性的等效电路,并加工了实验样机,样机实测数据和计算结果相吻合.
4.学位论文 张宏杰 混合励磁永磁同步发电机设计与研究 2000
该文所提出的混合励磁永磁同步发电机综合了永磁同步发电机和普通电励磁同步发电机的优点:1、气隙磁场可调.通过调节直流励磁电流,可以很方便地调节气隙磁场的大小,发电机的输出电压可调;2、由于直流励磁绕组安放在定子侧,发电机在结构上仍然是无刷的,可靠性高.首先,该文采用混合励磁结构来实现气隙磁场的调节,详细介绍了混合励磁永磁同步发电机的结构和工作原理,并提出了采用二维电磁场分析发电机参数的电机模型和计算方法.其次,该文结合混合励磁永磁同步发电机自身结构上的特点,提出了一种计算该电机电感参数的方法,得到了混合励磁永磁同步发电机各种电感参数的计算公式,为发电机的准确设计计算提供了有力的保证.最后,在对混合励磁永磁同步发电机进行充分的理论分析与研究的基础之上,设计制造了一台混合励磁永磁同步发电机.
5.期刊论文 张征.张学义.韩永伟.成化彩.孙潇 车用轴向永磁混合励磁发电机结构设计 -聊城大学学报（自然科学版）2009,22(1)
研究混合励磁发电机并励式结构永磁体磁动势和电励磁产生的磁动势的相互作用和相互影响关系,提出了带凸轴法兰盘的爪极式圆环形永磁体和电励磁组合励磁的并励式发电机结构方案;对发电机各部分进行研究,确定其结构参数,设计出合理的控制电路.该混合励磁发电机磁通可调、输出电压稳定、节约铜材、效率高.
6.学位论文 孙亚萍 混合励磁双凸极电机性能研究 2005
混合励磁双凸极电机是近几年来提出的一种新型电机.它既综合了永磁双凸极电机和电励磁双凸极电机的优点,又克服了各自的缺点,从而最大限度地发挥两者的优势,成为双凸极电机领域一个新的研究热点.本文主要对一种新型磁路独立式的12/8极混合励磁双凸极电机性能进行一些基础研究.主要内容如下:首先,简要介绍了混合励磁双凸极电机的基本结构、工作原理和数学模型.根据磁路独立的特点,分别建立了电励磁双凸极电机和永磁双凸极电机的ANSYS模型,利用二维电磁场有限元法分析了两种电机的静态特性,并在此基础上推导出混合励磁双凸极电机的空载特性和转矩-转速特性.接着,利用MATALB软件建立了混合励磁双凸极电机调速系统的仿真模型,分析了电机的动态性能.最后,介绍了基于DSP的数字双向快速励磁电流控制器的设计与实现,其中包括系统硬件电路的设计和软件的实现.本文的创新点在于详细分析了定子磁轭宽度、绕组安放位置、转子极弧角度、转子斜槽角度和转子错开角度等结构变化对双凸极电机性能的影响,并对三种双凸极电机的性能进行了综合比较,提出了改善电机性能的方法.同时本文还分析了双凸极电机齿槽定位力矩产生的原因,并提出了减少定位力矩的方法.
7.期刊论文 张宏杰.唐任远.励庆孚 混合励磁永磁同步发电机的原理与设计 -电工电能新技术2002,21(1)
针对普通永磁同步发电机输出电压不可调的不足之处,本文采用一种新颖的电机结构--混合励磁结构,它综合了永磁电机和电励磁电机的优点:发电机在结构上是无刷的;磁场可以调节.对这种电机的结构、工作原理、设计方法等进行了描述,并试制了一台样机,试验结果证明了所提方法的可行性.
8.期刊论文 张宏杰.郑宝才.吴延忠.赵丹群.唐任远.ZHANG Hong-jie.ZHENG Bao-cai.WUYan-zhong.ZHAO Dan-qun.TANG Ren-yuan 混合励磁永磁同步发电机原理及参数计算 -沈阳工业大学学报2000,22(5)
永磁同步发电机结构简单、运行可靠，但输出电压不可调是其不足之处．在电机设计上，提出了混合励磁结构在保证发电机无刷化的前提下实现气隙磁场的调节，并提出了计算该电机电感参数的一种方法．
9.学位论文 马建伟 汽车用永磁与电磁混合励磁恒压发电机的设计研究 2008
汽车用混合励磁发电机采用稀土永磁和电磁共同励磁，增大了发电机比功率，减小励磁电流及励磁损耗，提高发电机的效率，既具有电励磁发电机良好的调整特性，又具有永磁发电机的高功率密度、高效率、高可靠性的优点。
论述了混合励磁发电机的工作原理，提出电励磁磁场能够完全控制永磁体磁场为原则的设计方法，编制了基于该设计方法的计算机设计程序，对混合励磁发电机的结构参数、性能参数进行设计与计算；根据磁能密度的概念，对永磁体的工作点进行了优化，提高永磁材料的利用率；利用等效磁路法建立了混合励磁发电机的磁路模型，分析计算了空载时永磁部分和电励磁部分的磁导和磁通。利用双反应原理和叠加原理，建立了空载特性的数学模型，获得发电机的电压平衡关系和矢量图，为混合励磁发电机电磁设计打下基础。提出由基准电路、比较电路、控制电路、触发电路和H桥控制电路组成的稳压控制器的设计方案，利用Pretel DXP软件分析了稳压控制器中的主要电子元件的参数对发电机输出特性的影响规律，从而设计出具有最优参数匹配的混合励磁发电机稳压控制器。
研发出一台基于气隙磁场可调、无刷爪极电励磁转子与稀土永磁转子并联同轴、共用同一个电枢绕组、输出电压稳定的汽车用混合励磁发电机，该机主要性能指标达到了设计要求，并具有良好的稳压性能。
10.期刊论文 金万兵.张东.安忠良.许家群.唐任远 混合励磁永磁同步发电机的分析与设计研究 -沈阳工业大学学报2004,26(1)
混合励磁永磁同步发电机是在永磁同步发电机的基础上,在电机的定子或转子上加入电励磁绕组以调节电机主磁通的新型发电机.首先对现有的混合励磁永磁同步发电机结构进行了改进,并详细分析了其改进后的工作原理和设计特点.结合混合励磁永磁同步发电机的工作原理,给出了相应的发电机电励磁控制系统.
引证文献(12条)
1.吴轩钦.谭国俊.宋金梅.李浩 基于混合磁链观测器电励磁同步电机矢量控制[期刊论文]-电机与控制学报2010(3)
2.刘万振.李岩.安忠良.唐任远 混合励磁风力发电机的三维磁场分析及磁路等效[期刊论文]-电气技术 2010(1)3.赵朝会 串联磁路混合励磁爪极发电机的结构设计和特性[期刊论文]-电工技术学报 2009(5)
4.陈益广.仲维刚.沈勇环 内置混合式可控磁通永磁同步电机有限元分析[期刊论文]-中国电机工程学报 2009(6)5.YANG Cheng-feng.林鹤云.LIU Xi-ping 新型非对称交错混合励磁同步电机电磁设计[期刊论文]-中国电机工程学报 2008(24)
6.杨成峰.林鹤云 新型非对称交错混合励磁同步电机等效磁路法分析[期刊论文]-微电机 2008(4)
7.赵朝会.秦海鸿.张卓然.严仰光 磁分路式径向结构混合励磁同步发电机的结构及原理分析[期刊论文]-中国电机工程学报 2008(11)
8.杨成峰.林鹤云.刘细平 混合励磁同步电机调速系统的控制策略[期刊论文]-电机与控制学报 2008(1)
9.杨成峰.林鹤云 非对称交错混合励磁爪极同步电机调磁性能三维有限元分析[期刊论文]-东南大学学报（自然科学版） 2007(4)
10.杨成峰.林鹤云.郭健 混合励磁爪极同步电机磁路结构及其调磁性能[期刊论文]-微特电机 2007(7)11.孔祥浩.张卓然 新型永磁电机的技术创新和市场前景分析[期刊论文]-新技术新工艺 2007(4)
12.赵朝会.郭环球.杨宁.严仰光 一种新型混合励磁爪极同步发电机结构及特性研究[期刊论文]-河海大学学报（自然科学版） 2007(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_djykzxb200602001.aspx
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第１０卷第２期电机与控制
学报
Ｖ０１．１０Ｎｏ．２２００６年３月
ＥＬＥＣＴＲＩＣＭＡＣＨＩＮＥＳ
ＡＮＤ
ＣＯＮＴＲＯＬ
Ｍａｒｃｈ
２００６
混合励磁同步电机发展现状及应用前景
赵朝会，
秦海鸿，
严仰光
（南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室，江苏南京２１００１６）
摘要：针对现有混合励磁同步电机的结构及其特点，简述了混合励磁同步电机的工作原理，并根据其拓扑结构对现有混合励磁同步电机进行了分类，提出了现有混合励磁同步电机的适宜结构形式，指出了其应用前景。
关键词：混合励磁；永磁；励磁绕组；同步电机
中图分类号：ＴＭ３８３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７—４４９ｘ（２００６）０２一０１１３—０５
ＰｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｅｒｓｐｅｃｔｉＶｅｏｆｈｙｂｒｉｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｍａｃｌｌｉｎｅ
ＺＨＡ０Ｃｈａｏ—ｈｕｉ，
ＱＩＮ
Ｈａｉ—ｈｏｎｇ，
ＹＡＮＹａｎｇ—ｇｕａｎｇ
（Ｋｅｙ
ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＰｏｗｅｒ
Ｓｙｓｔｅｍ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ０ｆＡｅｍｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｍｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＨＥＳＭ’ｓｅｘｉｓｔｅｄｓｔｍｃｔｕｒｅａｎｄｆｅａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉ－ｐｌｅ．
Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ１ｌｓｔｏｐｏｌｏｇｙｓｔｍｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｄＨＥＳＭｗａｓｃｌａｓｓｉ６ｅｄ．
Ｓｕｉｔａｂｌｅ
ｓｔｌｌｌｃｔｕｒｅ
ｏｆｔｈｅｅｘｉｓ—
ｔｅｄＨＥＳＭｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｅｒｓｐｅｃｔｉＶｅｏｆＩ｛ＥＳＭｗａｓｉｎｄｉｃａｔｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ；ｐｅｎｎａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ；ｆｉｅｌｄｗｉｎｄｉｎｇ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅ
１
引
言
罗斯于１９８８年率先完成了混合励磁同步发电机的研制并在移动电源方面获得了应用。美国Ｗｉｓｃｏｎ—混合励磁同步电机｝ｌＥＳＭ（Ｈｙｂｒｉｄ
Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
ｓｉｎ—Ｍａｄｉｓｏｎ大学在２０００年、２００２年分别研制成功
Ｓｙｎｃｈｍｎｏｕｓ
Ｍａｃｈｉｎｅ）是２０世纪８０年代末由俄罗斯３ｋｗ、１０ｋｗ两种不同结构的ＨＥｓＭ电机。２’３１，日本学者Ｂ．Ａ．ＢａｕＩａｒｙｐ０Ｂ最早提出的一种新型电机结构ＫａｎａｚａｗａＴｅｃｈｎｉｃａｌ大学也在２００１年完成了
形式…。它集成了电励磁同步电机调磁方便且凋０．７５
ｋｗ电机的研制”１，这些研究推动了ＨＥＳＭ电
磁容量小和永磁同步电机效率高、转矩／质量比大等机的技术发展。我国对ＨＥｓＭ电机的研究起步较优点，同时又克服了永磁同步电机磁场调节难的缺晚，尚处于初期阶段，为了使人们更好地了解该电机陷，有较大的推广应用价值。
的特点，促进该新型电机在我国的发展和应用，本文近年来，人们对节能与宽调速驱动系统和独立
较系统阐述了该电机的原理、分类、现状及特点，并发电系统（如风力发电）的研究日益深入，ＨＥｓＭ电
指出了其应用前景。
机也得到了越来越多的重视，成为新的研究热点之一。许多欧美经济发达国家投入大量的人力、物力２混合励磁同步电机的工作原理
和财力进行了ＨＥＳＭ电机的理论和应用研究。俄
ＨＥｓＭ电机有两个磁势源：一是永磁体，它在气
收稿日期：２００４—０９一０２：修订日期：２００５—１０一１８基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（５０３３７０３０）
作者简介：赵朝会（１９６３一），男，博士研究生，主要研究方向为电力电子及电力传动；
秦海鸿（１９７１一），男，博士研究生，主要研究方向为电力电子及电力传动；
严仰光（１９３５一），男，教授、博士生导师，主要研究方向为电力电子及电力传动。
万
方数据
１１４
电机与控制学报第１０卷
隙中产生一个基本不变的磁通；另一个是直流励磁绕组，工作时，通过调节励磁绕组上的电流大小和方向，使气隙中的磁通发生变化。
图１是英国学者１９８９年提出的一种ＨＥＳＭ结构ＨＪ，定子电枢绕组为三相对称绕组，被定子环形直流励磁绕组分成两部分，定子两段铁心由其外的背轭在机械和电磁上相连接；转子也分成Ｎ极端和
ＨＥＳＭ电机从拓扑结构上可归纳为７种拓扑，每种拓扑包含相应的一些方案，共约有１１种方案，如表１。
表１
ＨＥＳＭ电机的拓扑及方案
ｓｃｈｅｍｅｏｆＨＥＳＭ
方案３
Ｔａｂｌｅ１’１１１ｅｔｏｐｏｌｏｇｙａｎｄ
拓扑爪极电励磁
方案１方案２
永嗣步电机
ＰＳＣＰＦ
磁势并联转子磁路独立转子混合励磁电机㈦
ＰＣ—ＰＳＣＰＦ
混合励磁电机㈣
ＩＤ—ＰＳＣＰＦ
ｓ极端两部分，每极端由同极性永磁体极和铁心极
交错排列，且两端的Ｎ、Ｓ永磁体极和铁心极相互错开。转子铁心和转轴问为导磁性能好的转子背轭。
工作时，若直流励磁电流为零，则气隙磁场只由永磁体产生，工作磁通从Ｎ极端的永磁体发出，经气隙和定子铁心回到ｓ极端永磁体；若直流励磁电流与图１（ａ）所示电流方向相反时，则同一极端永磁体极和铁心极磁场方向相同。对定子绕组而言，同一线圈下既有Ｎ极又有ｓ极，从而使气隙有效磁场．减弱。当励磁电流大到一定值时，气隙合成磁场变为零；若直流励磁电流与图１（ａ）所示电流方向相同时，则同一极端永磁体极和铁心极磁场方向相反。对定子绕组而言，同一线圈下磁场极性相同，气隙合成磁场增强。因此，通过调节励磁电流的大小和方向，即可使得气隙磁通发生变化，达到调磁的目的。
顺极式混合
励磁同步ｌ概
ＣＰＰＭ
轴向，径向混合轴向磁场混合励磁电机㈦
Ｒ／Ａ—ＣＰＰＭ
励磁电机㈣
ＡＦ—ＣＰＰＭ
混合励磁爪极电机
ＨＥＣＰ
混合励磁爪极电机【７’
ＨＥＣＰ
组合转子混合励磁电机
ＨＥＣＲ
混合励磁磁阻同步电机Ⅲ
ＲＳ—ＨＥＣＲ
混合励磁径向磁通同步电机㈨
ＳＰＭ—ＨＥＣＲ
混合励磁切向磁通同步电机
ＩＰＭ—ＨＥＣＲ
同步，永磁混－合电机
ＳｖｎＰＭ
同步／永磁混合电机‘”１
ＳｙｎＰＭ
环形定子横向磁通电机
７ＩｓｒＩＴ
环形定子横向磁通电机㈨
ＴＳＴＦ
瓦状式混合励磁电机
ＩＨＥＭ
瓦状式混合励磁电机Ⅲ１
ＩＨＥＭ
３．１爪极电励磁永磁同步电机
ＰＳＣＰＦ电机拓扑是在永磁同步电机的基础上加上爪极结构的电励磁部分而构成的，如图２所示。
（ａ）截面图
Ｎ
１一转轴２一Ｎ极３一导磁支４一Ｓ极；５一励磁绕组
渣；豳；
６一定子铁心
Ｓ
７一永磁体８一非磁性材料９一极靴１０一转子背轭、占，、ｐ附加气隙
图２爪极电励磁永磁同步电机
Ｆｉｇ．２
Ｐｅ咖ａ眦ｎｔＭａｇＩＩｅｔ
Ｓｙ耻ｈｒｏｎｏ璐Ｍ舵ｈｉ眦埘ｔｌｌ
Ｃｌａｗ
Ｐ０ｌｅＦｉｄｄＥｘｃｉｔａｔｉｏｎ
图２为俄罗斯学者提出的混合励磁同步电机…，它的转子部分与径向磁化结构稀土永磁转子类似，稀土永磁体７外装有由导磁体９和非导磁体
（ｂ）转子结构
１．励磁绕组２．定子背轭３．定子铁心４．定子绕组５．转子铁心
８间隔焊成的紧圈，它是爪极转子的一部分，爪极部分的电励磁绕组５及其导磁支架３固定不动，由于电励磁磁路存在非工作气隙艿。和艿：，从而实现了无刷励磁。
工作时，励磁绕组产生的磁通经导磁支架３的
６．转子背轭７．永磁体图ｌ混合励磁同步电机结构
Ｆｉｇ．１
Ｔｈｅｓｔｎｌｃｔｕｒｅ
ｏｆｌＩＥＳＭ
３混合励磁同步电机的分类及发展现状
根据对ＥＩ、ＩＮｓＰＥＣ、ＣＮＫＩ数据库的检索，目前，
内圆筒（轴向）一导磁支架底部（径向）一，导磁支架
外圆筒（轴向）…，非工作气隙６．（径向）＿水平磁极
万方数据
第２期
混合励磁同步电机发展现状及应用前景
１１５
（轴向）＿气隙６（径向）一定予铁心（径向）一气隙艿（径）一＋转子铁心极（径）一，转子铁心（径）一转子背（径向）一爪极磁极２（径向）～，导磁轴套（轴向）＿
轭（轴）一罅々子铁心（径）一斗转子铁心极（径）＿气隙非工作气隙６：（径向）一一＋导磁支架内圆筒形成磁路。
（径）一定子铁心（径）＿定子背轭。这两个磁势源永磁体产生的磁通经爪极磁极２一一，气隙８（径向）一的磁路可以近似认为是相对独立的（因为永磁体的
定子铁心一气隙６（径向）一，爪极水平磁极一，永磁体磁导率很低，磁阻很大，电励磁产生的磁通几乎不通一转子铁心＿永磁体ｓ。励磁绕组产生的磁势增强
过永磁体），两者并联提供工作磁通，共同作用形成或减弱气隙磁通。在这种结构中，两种磁势是并联电机的主磁场。
关系，励磁绕组放置在定子上，省去了滑环、电刷。由上分析可知，这种结构的电机为径向／轴向混
但它的电励磁部分为爪极结构，附加气隙多，磁路
合结构磁路，附加气隙多，磁路磁阻较大，故适宜为
长，漏磁大，永磁磁路和电励磁磁路耦合较强。电励短而粗的结构。
磁的磁通路径中既存在轴向磁路，又存在径向磁路，
２００２年，美国学者ＬＩＰ０Ｔ
Ａ针对轴向磁通环
因此在这种结构中，电机不宜细长。中国学者所提形永磁电机Ａ兀＇ＰＭ（ａ）【ｉａｌ
ｎｕｘｔｏｒｏｉｄａｌＰＭ
ｍａｃｈｉｎｅ）
出的混合励磁同步电机∞Ｊ，结构上同俄罗斯的基本的弱磁运行问题，提出了ＣＰＰＭ电机的一种新的方
相同，不同之处在于存在隔磁环，使得电励磁部分和
案∞Ｊ。该电机由二个环形定子铁心（其中嵌有多相永磁部分各自独立，减少了永磁和电励磁间的耦合。
电枢绕组）、二个盘式转子和一个直流励磁绕组构
３．２顺极式混合励磁同步电机
成。直流励磁绕组放置在内外环形定子之间。两个ＣＰＰＭ电机是英国学者Ｅ．ｓｐｏｏｎｅｒ提出的一种盘式转子表面被分成内圈和外圈，上面交错排列着电机拓扑，日本、美国学者随后对这利－新的结构（图永磁极和铁心形成的中间极。ＮｄＦｅＢ永磁极被轴向３）进行了研究。定子电枢绕组为三相对称绕组，定安装在两片转子的内表面，永磁极的Ｎ极如果被放子被环形直流励磁绕组分成两部分，定ｆ两段铁心在转子的内圈，那么Ｓ极就被放在转子的外圈。通由其外的背轭在机械和电磁上＾相连接；转子分成Ｎ
过调节励磁绕组的电流，气隙中的磁场就可以发生
极端和ｓ极端两部分，每极端由同极性永磁体极和
改变。分析可知，两种磁势是并联关系，磁路为轴向铁心极交错排列，且两端的Ｎ、ｓ永磁体极和铁心极磁路，电机不宜细长。
也相互错开。转子铁心和转轴问为导磁性能好的转３．３混合励磁爪极电机
子背轭，用于转二ｆ的轴向导磁。
１１ＥＣＰ电机主要有定子、转子爪极、转子磁轭、
永磁体和励磁绕组组成。其中定子含内、外两部分，
外定于与普通电机的定子类似，槽中嵌有多相对称
绕组，内定子上放有环形直流励磁绕组。在相邻的
两个爪极之间放置永磁体伸１。
励磁绕组是一个环形线圈，通电后所产生轴向磁通经转子磁轭到达爪极，然后流经气隙、定子铁
心、气隙和爪极，回到转子磁轭，如此形成一个回路，在爪极表面上形成Ｎ、Ｓ间隔的极性。
爪极式混合励磁电机中存在轴向和径向磁通，
转子
定子
但以径向磁通为主，结构上适宜短粗，不宜细长。
１一转子铁心２一永磁极３一转子背轭４一铁心极５一定子绕组
６一定子背轭７～励磁绕组８一定子铁心
励磁电流所产生的磁通与永磁磁通在磁路上呈图３径向，轴向磁场ＣＰＰＭ电机
并联关系，气隙磁场为两者之和。通过控制励磁绕
Ｆｉｇ．３
Ｓｔｍｃｔｕｒｅ
ｏｆｔｈｅ
Ｒａｄｉ删ａｌ—ｆｌｌＩｘ
ＣＰＰＭｍａｃｈｉ眦
组中电流的大小和方向，可灵活地调节气隙磁场。径向／轴向磁场ＣＰＰＭ电机。‘２１中，永磁体产生的爪极结构因为极数可做得多，所以适合于容量小、转
磁通路径为：Ｎ极磁体（径）…，气隙（径）…，定予铁心
速低的电机。其缺点是有轴向磁路、漏磁大。
（径）一定子背轭（轴）一一定于铁心（径）一，气隙（径）３．４组合转子混合励磁电机
。Ｓ极磁体（径）～＋转子铁心（径）一转子背轭（轴）图４是英国学者Ｃ１．ＩＡＬＭＥＲＳ
Ｂ
Ｊ等在１９９８年
一转子铁心（径）．＿Ｎ极磁体（径）；当励磁绕组通电提出的ｌ｛ＥｃＲ电机ｐＪ。电机采用普通交流电机定流时，励磁电流所产生的电励磁磁通路径为：定子铁子，转子则由ＡＬＡ（ａｘｉａｌｌｙ—ｌａｍｉｎａｔｅｄａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）转子
心（径）一定子背轭（轴）～一，定子铁心（径）…＋气隙
和表贴式永磁转子两部分组合构成。
万
方数据
１１６
电机与控制学报
第１０卷
在这种结构中，永磁通和“弱磁”磁通各自具有
不同的物理磁路——永磁通只在永磁段的磁路中流
通（径向），“弱磁”磁通只在磁阻段中流通（径向），“弱磁”表现为一种合成的效果，在定子铁心的硅钢
片中，并不存在真正的磁场削弱。因此，在低速运行
时，磁阻部分基本上不产生转矩，从而导致了较低的电机转矩密度，而高速“弱磁”运行时，永磁段的磁通基本不变，磁阻段的磁通则随“弱磁”程度的增大而增大，从而导致铁磁损耗随速度几何级数增大。永磁体直接暴露在电枢之下，也容易使其产生不可恢复的去磁。
为了克服上述方案的缺陷，日本学者把图４中的磁阻部分换成了电励磁Ｈ１。
一堪ｉ０蛐Ｉ
。
毒
～鑫
☆，磁阻部分＾，一永磁部分
图４组合转子混合励磁电机
Ｆｉｇ．４
ＣｏｍｂｉｎａｔｉｏｎＲｏｔｏｒＩｂｂｒｉｄＥｘｃｉｔａｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅ
组合转子｝昆合励磁电机转子的两个部分之间用
空气隙隔开，相当于隔磁环，使得两部分磁路彼此独
立，每一部分的磁路均为径向的。两部分磁势并联，长度视电机要求适当选取。ＳｙｎＰＭ电视是美国学者ＬＩＰＯ
ＴＡ
２０００年提出
的，如图５所示¨０｜。它的转子上既有永磁极（４极）
又有励磁极（２极），定子仍为传统的多相电机的定
子结构。通过调节励磁电流，ＳｙｎＰＭ电机不仅气隙
磁场发生变化，而且极数也可以从６极变为２极。
图５
ＳｙｌｌＰＭ电机
Ｆｉｇ．５
ＳｔｍｃｔｕｒｅｏｆＳｙＩｌＰＭｍａｃｈｉｎｅ
在这种结构中，两种磁势为并联关系，永磁体产万
方数据另一条是通过与它相邻的电励磁磁极。而电励磁产
生的磁通主要在两个励磁绕组之间流通。但不管是
永磁体还是励磁绕组，两者产生的磁场均为径向磁场。由于励磁绕组在转子上，故电机中有电刷和滑环。３．６环形定子横向磁通电机
１＇ＳＴＦ电机是英国学者１９８９年提出的～种
ＨＥｓＭ拓扑，结构见文［５］。
在这种结构中，永磁体和励磁绕组产生的均为轴向磁场，两种磁势属于并联关系。励磁绕组在定
子上，省去了滑环和电刷。结构上宜短粗。３．７瓦状式混合励磁电机
ＩＨＥＭ电机¨¨是法国学者Ａｍａｒａ提出的，这种结构的电机仅作为电动机使用，它实现了无刷化。具有较好的磁通调节能力以利于实现弱磁升速。
ＩＨＥＭ电机中，励磁电流所产生的磁通与永磁磁通
在磁路上呈并联关系，气隙磁场为两者之和，并且励
磁电流和永磁体产生的磁通都是径向磁通。
３．８各类ＩＩＥＳＭ的比较
七种ＨＥｓＭ拓扑中，两种磁势源采用并联联接方式，励磁绕组产生的磁通几乎不通过永磁体，用较
小的励磁电流就可以改变气隙磁通，并且永磁体没
有去磁风险。
结构上，ｓｙｎＰ时、ＨＥｃＲ两种电机相对简单，易于加工制造，并且磁路短，转矩密度大。但励磁绕组
放置在转子上，有电刷和滑环，增加了机械结构的复
杂性，并使得可靠性和效率有所降低ｊ
磁通路径上，ＣＰＰＭ、ＨＥＣＰ、爪极电励磁永磁同步电机、环形定子横向磁通电机都含有轴向磁场，使
得它们只能做成短粗状。
通过对１１种方案的比较，可以看出：爪极电励磁永磁同步电机、ＨＥＣＰ由于采用了爪极结构，因此
附加气隙多，磁路长，漏磁大、结构复杂，功率密度低；ｃＰＰＭ、环形定子横向磁通电机虽然控制方便，但
电励磁磁路附加气隙多，轴向磁场受电机直径的制约，且电机结构复杂；ＳｙｎＰＭ电机在功率密度、效率
和可靠性方面虽有所提高，但在弱磁方面把４极或
２极励磁磁通同电枢反应的６极磁通结合起来，将
导致一定数量的谐波成份，产生不希望的转矩脉动；
ＩＨＥＭ电机的定子、转子结构都过于复杂，制造和装
配成本较大，并且电机的功率密度较低，转矩波动
大，噪声大，漏磁严重。ＨＥＣＲ中的切向磁通．电机，
结构简单，出力性能最佳，并且由于聚磁作用，这种电机能在气隙中产生较大的磁密，通以一定的电流可以提供较大的转矩密度和功率密度，因此应是未
来更加重视的研究方向。对它上面存在的滑环、电
３．５同步／永磁混合励磁电机
生的磁通有两条路径，一是通过与它相邻的永磁体，
第２期
混合励磁同步电机发展现状及应用前景
１１７
刷，可以通过技术手段得以改善。机和高性能电机的发展开辟一条新的途径。因此，
４
ＨＥＳＭ电机的特点
具有广阔的应用前景：
１）作为直流发电机，它可以在飞机、舰艇、车辆
同其他电机相比，ＨＥＳＭ电机有如下特点：
中作为独立的发电系统使用，也可用来供给诸如直１）电机中同时存在两个磁势源，两者的磁通路流电动机、电解、电镀、电冶炼等负载，也可作为充电
径相互耦合、相互影响，电磁参数关系复杂；
等所需要的直流电源。
２）电机磁路中除传统电机的径向磁场外，多数２）作为交流发电机，它可以作为备用电源或独
还有轴向磁场；
立的供电电源使用，尤其适合高山、海岛等远离电网
３）设计的自由度大，励磁绕组可以放置在定子上，
的地方，当然它也可以并网运行。
也可放置在转子上；也可根据需要变化转子结构；
３）作为直流电动机，它可以用在高性能、高可４）励磁电流为双向变化的。
靠性的运动伺服系统中，如航天、航空、武器装备的正是具有如上的结构特点，ＩＩＥＳＭ电机工作可
运动控制系统中，也可以作为节能环保型电动车辆
靠稳定，气隙磁密调节方便，能够提供比电励磁同步
的驱动电机。
电机大的转矩密度和功率密度，因而特别适合输出４）作为交流电动机，在变频控制领域它应该大电压要求稳定、调速范围大、转矩大、功率大的场合。有作为。
５
ＨＥＳＭ电机的发展方向
参考文献：
［１］窦一平．组合励磁稀土永磁同步发电机的设计研究［Ｄ］．南京：
由于ＨＥＳＭ电机中同时存在两个磁势源，两者
南京航空航天大学，２００２．
磁通路径相互藕合、相互影响，加之这类电机的结构
［２］ＴＡＰＩＡＪｕａＪｌＡ，ＬＥＯＮＡＲＤｌＦｒａｎｃｏ，ＵＰ０
Ｔ
Ａ．Ｃ帆ｓｅｑｕｅｎｔｐ０１ｅ
都比较特殊，电磁参数关系复杂，呈很强的非线性，
ｐｅ彻彻ｅｎｔ
ｍａｇｎｅｔ
ｍａｃｈｉｎｅｗｉｔｈ
ｆｉｅｌｄ
ｗｅａｋｅｎｉｎｇ
ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ［ｃ］．
，朋Ｅ觑ｆ们Ｗ如ｎ岔如ｄ成肘口ｃ＾讥ｅｄ以Ｄ渤∞ｃｏ诉ｎｅｎ僻．
Ｃａｍ—
系统建模、分析计算和控制变得较为复杂，传统的电ｂｒｉｄｇｅ，ＵＳＡ，２００１：１２６—１３１．
机分析理论和分析方法往往难以奏效，传统控制方［３］ＡＹＤＩＮＭ，ＨｕＡＮＧｓＲ，ｕＰＯ
ＴＡ．Ａ
ｎｅ、ｖ
ａ）ｄａｌｆｉｕｘ
ｓｕ如ｃｅｍｏｕｎＩｃｄ
法也将难以满足要求。因此，在未来的研究中：
ｐｅ肋粕ｅｎ￡ｎ诅ｇｎｅｔＨｌ舱ｈｉｎｅｃａｐａｌ）ｌｅ０ｆ６ｄｄｃｏｎｈｏｌ［ｃ］．ｕｓＡ：ｚ醯汪
１）要研究混合励磁系统的特性参数、励磁调节
＾岱Ａ，口ｍ以脑砌曙．Ｐｉ廿ｓｂｍｇＩＩ，２００２：１２５０一１２５７．
规律和算法，开发出一类性能更好的励磁调节器：由［４］ＮＡＯＥＮｏｂｕｙｕｋｉ，ＦｕＫＡＭＩＴａｄ鹅ｈｉ．啊ａｌｐＴｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆ
ａ
ｈｙｂｄ—
工频电网供电的ＨＥＳＭ电动机的励磁控制要有利
ｅｘｃｉｔ“ｏｎｔｙｐｅｓｙｎｃｈｍｎｏｕｓ
ｍａｃｈｉｎｅ［ｃ］．跏Ⅻｄｆｎ舻ｏ，，Ｅ彻Ｇ’
２０叭．Ｆｍｒｍ．２００１：５４５—５４７．
于电机起动、改善稳态运行的功率因数；ＨＥＳＭ调速［５］ｓＰ００ＮＥＲ
Ｅ，ＫＨＡＴＡＢ
ｓ
Ａ
ｗ，ＮＩｃ０ＬＡＯｕＮＧ．Ｈｙｂｒｉｄ
ｅｘｃｉｔａ—
电动机要探索励磁电流和电枢电流的协调控制规
ｔｉｏｎ
０ｆＡｃａｎｄＤｃ
ｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ］．如ｕ砌ｚ
０，‰巧妙ｏ，讹，融∞￡盯
律，实现更宽的调速范围、更好的稳态和动态性能，
加＃矗ｌ“￡矿ｓｄｅ，比Ｐｎ，｝ｄ‰是冗。ｊ｝。夥，１９８９，３：４８—５２。
降低损耗，提高效率。
［６］Ｄ０ｕ
Ｙｉｐｉｎｇ，ｃＨＥＮ
Ｈａｉｚｈｅｎ．Ａｄｅｓｉｇｎｒｅｓｅａｒｃｈ
ｆｏｆ
ｈｙｂｒｉｄ
ｅｘｃｉｔａ．
２）根据不同性能要求研究永磁和电励磁的比ｔｉｏｎ
Ｔａｒｅ
ｅａｎｈ
ｐ唧ａｌｌｅｎｔ
ｍａｇｎｅｔ
ｓｙｎｃｈｍｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ［ｃ］．
例分配，研究电机的静态特性以及参数精确计算的，ＣＥ脚’２００１．Ｓｈｅｎｙａ“ｇ，Ｃｈｉｎａ，２００１：８５６—８５９．
［７］ｃＨＡＮｃｃ，ｚＨＡＮＧ
Ｒ
Ｊ，ＫｃＨＡｕＴ，拼口ｚ．Ａｎｏｖｅｌ
ｐｅ珊ａｎｅｎｔ
方法，建立电机的稳态和动态数学模型，提出电机的ｍａｇｎｅｔ
ｈｙｂｒｉｄ
ｍｏｔｏｒ
ｆｂｒｄｅｃ试ｃ
ｖｅｈｉｃｌｅｓ［ｃ］．№锄，ｂ鲈旷∞讹
设计原理和优化计算方法，研究电机励磁电流的双向
，ｍｅ丌ⅢｉＤＭｚｃｏ，咖ｒｅ７ｌｃｅ帆厨唧啦朋ｈ如ｉｎ∞．
Ｈ趴铲ｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ。
快速控制技术和高性能宽调速电力驱动系统的控制技
１９９５：６１８—６２３．
术，研究适合ＨＥＳＭ电机的高可靠数字控制装置。
［８］王群京，李国丽，马飞，等．具有永磁励磁的混合式爪极发电机空
３）ＨＥＳＭ电机的结构应朝着结构简单、附加气
载磁场分析和电感计算［Ｊ］．电工技术学报，２００２，（５）：ｌ一５．［９］ＣＨＬＡＭＥＲＳ
Ｂ
Ｊ，ＡＫＭＥｓＥＲ，ＭＵＳＡＢＡＬ．Ｄｅｓｉｇ印ａｎｄｆｉｅｌｄ—
隙少、磁路长度短、所需电励磁功率小的方向发展，ｗ悦ｋｅｎｉｎｇｐｅ而瑚锄ｃｅｏｆ
ｐｅ册ａｎｅｎｔ—ｍａ殍ｌｅ∥ｒｅｌｕｃｔａｒＬｃｅｒｎｏｔｏｒ埘ｔｈ
并且还要研究多余度结构的ＨＥｓＭ电机，提出余度
似。一ｐａｎ
ｒｏｔｏｒ［Ｊ］．舾船Ｐｒｏｃｅｅｄ缸ｇ
Ｅ地廊胁ｅｒ却幽ｈ如瑚，
结构方案。１９９８．２：１３３一１３８．
［１０］ＬｕＯｘｉａｏｇａｎｇ，ｕＰＯＴ
Ａ．Ａ
ｓｙｒＩｃｈｒｏｎｏｕｓ／ｐｅ册蛆ｅｎｔｍ踊ｅｔｈｙ娃ｄ
６
ＨＥＳＭ电机的应用前景
Ａｃ
ｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ］．肛船打Ⅱ圳口ｄ沾邢。ｎ
ｅ聊ｒｇｙ
ｃｏ聊ｅ您幻ｎ，２０００，２：
２０３—２ｌＯ．
混合励磁同步电机较好地解决了永磁电机励磁
［１１］ＹＡｃＩＮＥＡｍａ瑚，ＪＥＡＮＬｕｃｉｄａｎｎｅ，ＭＯＨＡＭＥＤＧａｂｓｉ，ｅ＃耐．Ａ
调节困难以及电励磁电机效率低的问题，是很有发ｎｅｗ
ｔｏｐｏｌｏ盯ｏｆ
ｈｙｂｒｉｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ］．晒ＥＥｎⅡ瑚础一
展前途的一种新型电机。它的开发将为我国节能电
￡ｆｎｍ
ｏｎ肌ｄｗ￡叮Ａ即如∞ｔ幻ｍ，２００ｌ，５：１２７３一１２８．
万
方数据
混合励磁同步电机发展现状及应用前景
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
赵朝会， 秦海鸿， 严仰光， ZHAO Chao-hui， QIN Hai-hong， YAN Yang-guang南京航空航天大学,航空电源航空科技重点实验室,江苏,南京,210016电机与控制学报
ELECTRIC MACHINES AND CONTROL2006，10(2)13次
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并列式混合励磁双凸极电机本体由永磁和电励磁两部份组合而成,后接整流桥构成混合励磁双凸极无刷直流发电机.发电机的特性在很大程度上决定于永磁部分和电励磁部分的比例分配,如何根据不同应用场合的需要合理分配两部份的比例对系统整体高性能的实现至关重要.文中试制了一台原理样机,以样机的设计参数为基础,利用数值计算方法研究了不同长度比例对该发电机电感特性及主要运行特性,包括空载特性、外特性、调节特性的影响,对电机应用于不同场合下所适合的长度比例分配进行了分析研究,并结合样机的实验测试结果,证明了文中分析的正确性,从而得出有意义的结论.
2.学位论文 王惠军 混合励磁永磁同步发电机的设计研究 2006
混合励磁永磁同步发电机(HEPMSG)结构简单、运行可靠，解决了常规永磁发电机励磁磁场不可调的问题，大大拓宽了永磁电机的应用领域。本文围绕HEPMSG的设计研究展开，所做工作主要包括以下几个部分：
首先，基于3D有限元分析，对混合励磁永磁同步发电机的磁路进行简化，提出了永磁体磁路和铁磁极磁路两部分气隙磁密的数学模型，并用有限元加以验证。
其次，在对永磁电机电抗参数计算方法研究的基础上，提出了该种结构电机的交、直轴电抗参数的有限元计算和测试方法。
应用双反应理论对混合励磁永磁同步发电机的外特性和固有电压调整率进行了深入的分析研究，推导了固有电压调整率与混合励磁永磁同步发电机性能参数之间关系的数学计算模型。定量分析了混合励磁永磁同步发电机的性能参数对外特性的影响规律和电机的结构参数对性能参数的影响规律。 对混合励磁永磁同步发电机电磁计算中的重要系数如漏磁系数、气隙系数以及电枢反应磁密的波形系数进行了研究，并利用电磁场计算软件
ANSOFT加以验证。提出了混合励磁发电机的主要结构尺寸如定子冲片、永磁体以及直流励磁槽等的选择原则和混合励磁发电机的电磁设计原则，并编制了混合励磁发电机的电磁计算程序。
在对影响永磁电机电压波形畸变率因数研究的基础上，利用有限元法和傅立叶分析求解永磁电机波形畸变率，从而对永磁体的形状进行优化来满足电压畸变率的要求。
在上述研究的基础上，本文设计制造了一台7.5kW、4极混合励磁永磁同步发电机样机，实验结果与理论分析基本一致，通过调节直流励磁电流能够有效的调节发电机的输出电压，表明永磁同步发电机采用混合励磁结构是合理和可行的。
3.期刊论文 窦一平.Youguang Guo.Jianguo Zhu.陈海镇.严仰光.DOU Yi-ping.Youguang Guo.Jianguo Zhu.CHENHai-zhen.YAN Yang-guang 混合励磁永磁同步发电机的电磁场有限元分析 -微特电机2007,35(5)
介绍了一种混合励磁永磁同步发电机的电磁场有限元分析,这种发电机的主发电机部分和一般的永磁同步发电机相同,样机采用了表面径向式磁钢转子,另有用于调节电压的辅助电励磁部分,两部分共有一套电枢绕组.为了精确计算该发电机的参数和特性,采用了电磁场有限元计算,特别是对磁场分布比较复杂的电励磁部分采用了三维电磁场分析,在有限元数值计算的基础上,推导了计算发电机外特性的等效电路,并加工了实验样机,样机实测数据和计算结果相吻合.
4.学位论文 张宏杰 混合励磁永磁同步发电机设计与研究 2000
该文所提出的混合励磁永磁同步发电机综合了永磁同步发电机和普通电励磁同步发电机的优点:1、气隙磁场可调.通过调节直流励磁电流,可以很方便地调节气隙磁场的大小,发电机的输出电压可调;2、由于直流励磁绕组安放在定子侧,发电机在结构上仍然是无刷的,可靠性高.首先,该文采用混合励磁结构来实现气隙磁场的调节,详细介绍了混合励磁永磁同步发电机的结构和工作原理,并提出了采用二维电磁场分析发电机参数的电机模型和计算方法.其次,该文结合混合励磁永磁同步发电机自身结构上的特点,提出了一种计算该电机电感参数的方法,得到了混合励磁永磁同步发电机各种电感参数的计算公式,为发电机的准确设计计算提供了有力的保证.最后,在对混合励磁永磁同步发电机进行充分的理论分析与研究的基础之上,设计制造了一台混合励磁永磁同步发电机.
5.期刊论文 张征.张学义.韩永伟.成化彩.孙潇 车用轴向永磁混合励磁发电机结构设计 -聊城大学学报（自然科学版）2009,22(1)
研究混合励磁发电机并励式结构永磁体磁动势和电励磁产生的磁动势的相互作用和相互影响关系,提出了带凸轴法兰盘的爪极式圆环形永磁体和电励磁组合励磁的并励式发电机结构方案;对发电机各部分进行研究,确定其结构参数,设计出合理的控制电路.该混合励磁发电机磁通可调、输出电压稳定、节约铜材、效率高.
6.学位论文 孙亚萍 混合励磁双凸极电机性能研究 2005
混合励磁双凸极电机是近几年来提出的一种新型电机.它既综合了永磁双凸极电机和电励磁双凸极电机的优点,又克服了各自的缺点,从而最大限度地发挥两者的优势,成为双凸极电机领域一个新的研究热点.本文主要对一种新型磁路独立式的12/8极混合励磁双凸极电机性能进行一些基础研究.主要内容如下:首先,简要介绍了混合励磁双凸极电机的基本结构、工作原理和数学模型.根据磁路独立的特点,分别建立了电励磁双凸极电机和永磁双凸极电机的ANSYS模型,利用二维电磁场有限元法分析了两种电机的静态特性,并在此基础上推导出混合励磁双凸极电机的空载特性和转矩-转速特性.接着,利用MATALB软件建立了混合励磁双凸极电机调速系统的仿真模型,分析了电机的动态性能.最后,介绍了基于DSP的数字双向快速励磁电流控制器的设计与实现,其中包括系统硬件电路的设计和软件的实现.本文的创新点在于详细分析了定子磁轭宽度、绕组安放位置、转子极弧角度、转子斜槽角度和转子错开角度等结构变化对双凸极电机性能的影响,并对三种双凸极电机的性能进行了综合比较,提出了改善电机性能的方法.同时本文还分析了双凸极电机齿槽定位力矩产生的原因,并提出了减少定位力矩的方法.
7.期刊论文 张宏杰.唐任远.励庆孚 混合励磁永磁同步发电机的原理与设计 -电工电能新技术2002,21(1)
针对普通永磁同步发电机输出电压不可调的不足之处,本文采用一种新颖的电机结构--混合励磁结构,它综合了永磁电机和电励磁电机的优点:发电机在结构上是无刷的;磁场可以调节.对这种电机的结构、工作原理、设计方法等进行了描述,并试制了一台样机,试验结果证明了所提方法的可行性.
8.期刊论文 张宏杰.郑宝才.吴延忠.赵丹群.唐任远.ZHANG Hong-jie.ZHENG Bao-cai.WUYan-zhong.ZHAO Dan-qun.TANG Ren-yuan 混合励磁永磁同步发电机原理及参数计算 -沈阳工业大学学报2000,22(5)
永磁同步发电机结构简单、运行可靠，但输出电压不可调是其不足之处．在电机设计上，提出了混合励磁结构在保证发电机无刷化的前提下实现气隙磁场的调节，并提出了计算该电机电感参数的一种方法．
9.学位论文 马建伟 汽车用永磁与电磁混合励磁恒压发电机的设计研究 2008
汽车用混合励磁发电机采用稀土永磁和电磁共同励磁，增大了发电机比功率，减小励磁电流及励磁损耗，提高发电机的效率，既具有电励磁发电机良好的调整特性，又具有永磁发电机的高功率密度、高效率、高可靠性的优点。
论述了混合励磁发电机的工作原理，提出电励磁磁场能够完全控制永磁体磁场为原则的设计方法，编制了基于该设计方法的计算机设计程序，对混合励磁发电机的结构参数、性能参数进行设计与计算；根据磁能密度的概念，对永磁体的工作点进行了优化，提高永磁材料的利用率；利用等效磁路法建立了混合励磁发电机的磁路模型，分析计算了空载时永磁部分和电励磁部分的磁导和磁通。利用双反应原理和叠加原理，建立了空载特性的数学模型，获得发电机的电压平衡关系和矢量图，为混合励磁发电机电磁设计打下基础。提出由基准电路、比较电路、控制电路、触发电路和H桥控制电路组成的稳压控制器的设计方案，利用Pretel DXP软件分析了稳压控制器中的主要电子元件的参数对发电机输出特性的影响规律，从而设计出具有最优参数匹配的混合励磁发电机稳压控制器。
研发出一台基于气隙磁场可调、无刷爪极电励磁转子与稀土永磁转子并联同轴、共用同一个电枢绕组、输出电压稳定的汽车用混合励磁发电机，该机主要性能指标达到了设计要求，并具有良好的稳压性能。
10.期刊论文 金万兵.张东.安忠良.许家群.唐任远 混合励磁永磁同步发电机的分析与设计研究 -沈阳工业大学学报2004,26(1)
混合励磁永磁同步发电机是在永磁同步发电机的基础上,在电机的定子或转子上加入电励磁绕组以调节电机主磁通的新型发电机.首先对现有的混合励磁永磁同步发电机结构进行了改进,并详细分析了其改进后的工作原理和设计特点.结合混合励磁永磁同步发电机的工作原理,给出了相应的发电机电励磁控制系统.
引证文献(12条)
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