永磁传动技术论文精选(九篇)
第1篇：永磁传动技术论文范文
他以兢兢业业，不断探索的一生来向社会诠释什么是创新人才，科技创新应该怎么来做。
李国坤1935年2月出生于四川西充县，1958年天津南开大学物理系毕业后，主动要求到艰苦的兰州工作，被分配到中科院兰州近代物理所，1962年调入航天部510所。1988年离开510所自办创新型企业并转让其技术给企业实现产业化。至今为止，李国坤已在科研一线奋斗了52年，在永磁力学的理论、技术、专利产品研发及产业化方面做了系统的、系列的创新。他曾担任中国稀土学会理事等四个学术职务和西北工业大学兼职教授，现任兰州环优磁机电科技有限责任公司董事长，中科恒源科技股份有限公司首席科学家；先后拥有7项在国内外领先的理论与技术创新，曾在国际会议文集上发表重要论文7篇，创新出十多种产品。更令人感动的是，他的主要创新成果均已成功实现了产业化，给社会带来了几千人的就业机会，转让的企业产值几十亿元，年产量近十万台，有的专利成果已应用25年，效果良好。至今已创造经济效益十多亿元，而且给环保及高科技产业发展作出贡献。
本着好奇，笔者于2010年11月下旬拜访了李国坤，在李国坤夫妇的娓娓道来中探究他的创新足迹。发现他专心于磁机电科技研究的这一生可以为有志科技创新事业的年轻人提供教科书式的范本。
我国是有着丰富资源的稀土大国。看着自已祖国的资源优势没有变成经济优势，李国坤的责任感与使命感油然而生。这些年来，他一方面大力开展稀土永磁应用理论、应用器件的研究，另一方面到处宣传稀土永磁的优越性，推荐应用稀土永磁。作为稀土高端产品的研究者和推广者，李国坤多次倡议不要再出口稀土精矿和混合稀土等资源性初级产品,而是开发、推广应用第四个环节的稀土永磁器件产品，并加大这类产品的出口力度。
敢于创新建奇功
1958年，刚大学毕业的李国坤参与了单位分配下来的研制几十吨的大电磁铁的任务。当时，众多权威专家推荐的纱布包铜管通水冷却方案受限于环境、资金、位置等条件，行不通。敢于创新的李国坤为了解决项目研究的关健瓶颈进行持续的研究，创新出一直处于国内外领先的节能节水型大电磁铁，大获成功。
他首先花了5个月时间认真学习电磁铁温升、发热、散热、冷却的知识，找到了适用的公式。接着又深刻分析公式，找出了创新方案。
该方案实现了两个方面的创新。一方面，他提出累计使用寿命超过1000小时以上时，就不应该采用传统方法；而应采用小几倍的电流密度，多用铜少用电，使费用低几十倍，而且节电节水。另一方面则是将线圈做成4层从而使散热面积S增大至4倍。这两项创新使温升降低至原来的1/10，于是采用空气自然冷却取代水冷方案，每年节电3兆瓦，节水几千吨。
李国坤合理的计算和推理方案得到了众多专家的支持。后来实践证明温升比允许值还低，而磁场等十几个参数均超过要求。完成此项目时，他由于恶劣的生活条件与废寝忘食的工作已三度浮肿。付出总有回报！李国坤也因该项目中的巨大创新而被评为中国科学院驻兰各所的“百日红”突击手，1962年被金建中院士（原称学部委员）称为“年轻的电磁铁专家”。
后来，李国坤做过多节能型大电磁铁。在相同情况下，每台能耗均在国外进口大电磁铁的1/2至1/5以下。1994年10月22日，世界著名物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中参观他给山东招远永磁生产线做的几台大电磁铁的生产线后，甚为称赞，并提词称赞该生产线达到“世界级标准和成就”。
李氏拉推磁路
1977年，李国坤得知稀土永磁后，就下定决心研究其终端高科技产品。他深知没有扎实的基础研究，就不可能有高精尖的成果问世，因此他先研究稀土磁路，并提出基本理论“静磁能论”，认为磁力由是磁系统的静磁能变化所产生。
1979年，在航天部510所“通讯卫星消旋轴承试验工作”面临机械密封技术完不成任务的难题时，李国坤教授迎难而上，承担起用磁传动密封取代机械密封的研制工作。经过不懈的努力，他终于研制出适用的产品并在验证实验中得以确认。但这项创新由于没有足够的理论支撑而整个课题又意义重大，因此经所里研究，要求李国坤在三天内提供理论依据，否则停掉课题。两天后，他便提出了在国内外稀土永磁学界引起很大反响的李氏拉推理论。
“李氏拉推理论”认为：传统永磁在相靠时既侧面漏磁，又产生退磁。而稀土永磁的特殊优越性，既不退磁，也不漏磁。当紧靠排列则拉力与推力叠加，有用力增至二倍，而产生的轴向涡流磁场则相消，不利部分大为减少。当单位面积的力增加一倍，而作用面积也增加一倍，李氏拉推磁路磁传动在同体积时的力矩为英国HMD公司1947年发明的分散型磁路力矩的4倍。
第三天，即1979年5月19日，他的上述推论在100多人观看的肇庆高跃真空设备厂实验现场得到证实。后来这一理论相继得到510所所长、航天部总工金建中，五院院长孙家栋，航天部副部长任新民的支持。
有关专家指出：李氏拉推理论的问世对磁传动在国内外的普及和应用作出了重大贡献，李国坤科研理论让中国的磁传动从1979年5月19日起，一直处于国际领先水平。
拉推磁路大应用
成功总是属于不断求索的人。在“李氏拉推理论”的基础上，李国坤很快就发明出原始创新的器件周向轴向磁力传动器，并用在分子束外延设备上，使当时的设备提高了5倍的功效。这项成果被列为航天部重要民品，逐步广泛地推广应用开来，为我国高科技领域作出了重大贡献。通讯卫星消旋轴承试验系统连续运行12年，是要求寿命的48倍，于1984年荣立航天部一等功。至此拉推磁路已完成的周向磁传动、轴向磁传动、周向轴向磁传动、磁阻尼器等的理论、技术、产品及产业化的创新，均处于国内外领先地位。
1980年李国坤将拉、推磁路磁力传动器拿到包头去向在包头召开稀土会议的方毅副总理演示、汇报，这是我国较早向国家领导人汇报稀土永磁在高科技上的应用。同年，负责研制分子束外延的机械总设计，510所机械专家李希宁来电报说，已研制两年多的直线传动器无法运转，李国坤立刻写信让他在轴向作拉推型传动，按这种做法半月内即获成功。
重大理论发现总会衍生出一系列应用技术。李国坤又研究出多种国际领先的李氏拉推磁路、拉推磁路磁传动技术、拉推磁路磁力泵、磁力釜。这些理论技术应用于航天工业等多个高科技领域，对于提升传统产业收效明显，因而发展出多个高科技的磁力泵等企业，如丹东克隆集团、杭州大路实业有限公司、深圳科捷磁力机械有限公司以及与中科恒源（曾为广州、湖南中科恒源）科技股份有限公司合作研制的绿色产品-----全永磁悬浮风力发电机。
据了解，由于所研制的磁力泵、磁力釜有很好的密封性，广泛应用于石油、化工、低温、科研、环保等行业。享受创新乐趣的人总是不会停止前进的。而后，他从利国利民的角度出发，又主动承担起大功率、低温升、高扬程磁力泵的研制……1990年，李国坤的磁力泵即达到75kw，现最大功率为250KW，最高承压达18Mpa，远远超过南方磁力泵集团引进日本技术达到22KW的功率水平。
李国坤采用先进的李氏拉推磁路理论，使同体积力矩增大至4倍，介质损耗大为减少。他当时认为应进一步减小涡流。经过深入探讨推导出拉推磁传动的涡流公式，他得出增大隔套材料的电阻率和许用应力而减小厚度可减小涡流的方法，用TC4钛合金将涡流减至原来的1/4左右，很快地研制出磁力泵世界三大难题中的两个：于1990年及1997年先后完成低温升、含铁粉的兰州炼油厂的75KW丙烷增压泵和胜利油田的18MPa，131KW高压注水泵。前述75KW泵每年节能和增长效益一千多万元，已用二十多年。
这两个成果的问世，使我国的磁力泵技术遥遥领先。当时世界王牌磁力泵公司德国克劳斯公司也采用拉推磁路。李国坤还以“同行应是亲家”的态度帮助南方磁力泵公司的首席专家叶子兆等人采用李氏拉推磁路，使拉推磁路得以在上百家生产厂应用。
全永磁悬浮风力发电
2004年10月起，中科恒源认为李国坤是国内最合适完成全永磁悬浮（全永磁准悬浮简称）的专家，多次邀请参加全永磁悬浮风力发电机的研发。但由于不懂风力发电，李教授几经斟酌，最终，为我国节能、减排、环保、低碳事业做贡献的想法还是占了上风。第二年4月份，他来到广州中科恒源，告诉了项目筹备的同志自已的顾虑，但中科院广东分院陈勇院长与谢丹平、曾智勇、卢建之等的大力支持，使李国坤放下包袱，轻装上阵。
从2005年5月起，他与十多个同志用三个多月的时间，以静磁能论和李氏拉推磁路理论作指导，降低磁阻力矩使启动风速从3.5米/秒降至1.8米/秒。将机械轴承的承受力用75%的磁力悬浮，又将启动风速降低到1.5/秒，即降低磁阻力矩、降低总阻力矩中的85%之后，又用全永磁悬浮降低总阻力矩中的15%的比例。2005年8月做了第一台样机带到广东中科院广州能源所，向视察该所的路甬祥院长汇报，得到“100分”的鼓励与赞赏。
在2005年国庆期间，李教授又用“静磁能论”阐述永磁电机的制动转矩（即磁阻力矩）并将启动阻力矩大幅度降低，又经降摩擦力矩使启动阻力矩为国家规定值的1/12，启动风速从3.5米/秒降至1.5米/秒。经中国科学技术信息研究所查新，将全永磁悬浮技术用于风力发电机上在国内外均属于首创，而这项原始创新却在短短5个月内就得以实现。
这项成果于2005年底完成鉴定，2006年5月31日完成投产。2006年9月，成为中国唯一一项入选“世界十大绿色发明”的成果。2007年获“第35届日内瓦国际发明博览会”最高奖特别金奖；2009年获得联合国工业发展组织等8个组织共同主办评出的全球可再生能源领域最具投资价值的十大领先技术“蓝天奖”。2010年12月12日中科恒源获中国十佳色责任企业奖。
经过2009年初南方雪灾及多次台风，系统保持稳定运行。产品十分畅销，得到用户的好评每年的产值及利润快速增长，从开始预计的零经济效益变为高经济效益。到目前为止，产品已销往30多个国家及地区，已成为全世界小型风机的领先技术，小型风机产能世界第一。
2010年3月2日，在中央电视台新闻联播中，做了“海南三亚，建设低碳生活，打造生态高地”的报道，高度评价了中科恒源风光互补路灯在低碳节能中的作用，后分别在中国新闻朝闻天下、午间新闻等多个节目中做了多方面报道。在海南三亚海棠湾的2000盏风光互补路灯成为向众多国内外游客展示中国低碳经济形象的亮丽风景线。
致力稀土永磁推广
1982年前稀土永磁的推广受到很大阻力，这对于作为稀土大国的中国来说，无异是很不对的。面对层层的阻力，李国坤以让稀土升值与推广应用为己任，在一些专家的建议下作了“稀土永磁应用评价”的报告，引起了学术界的普遍认同。
李国坤还总结出“成本/磁性器件单位性能”的评价机制，对很多磁性器件作比较，在当时就提出我国应减少混合稀土出口，大力开发稀土永磁器件，这种观点对推广稀土永磁作出了重要贡献。
他发明的直线传动周向轴向磁传动，稀土永磁磁传动获1983年“第七届国际稀土永磁及其应用会议”高度评价，使得外国认为中国不会用稀土而压价的想法未能如愿。
创新科技工作者的标杆
“想知道什么人适合搞创新，那就去找李国坤吧。”了解李教授的人会知道，这绝对不是一句戏言。
一组这样的数据让大家一目了然：李国坤为社会提供了一流的人品、一流的技术、一流的产品、一流的服务。技术成果转让费两千多万元，扶持成功了27家企业，而自己却是贫民科学家。他兰州家里唯一家电是个价值70元的电饭锅。多年来，他们常常十几个人窝在他50多平米的房子里面搞研究。为了工作，因太忙他半数以上天数采用不利健康的一日一餐制，每天工作14至17小时。
安贫乐道是李国坤的良好品质。他不吸烟、不喝酒，为了科研事业，不计付出。1994年家里多人生病，但他仍坚持完成航天部组织的75KW丙烷增压泵的鉴定会。该成果达到国际领先水平，并获得航天部科技进步二等奖。这位不计辛劳，执着创新的专家为这份成功付出了多少，大家可想而知。
李国坤反复强调自己不想成为公众人物，只想隐姓埋名的搞科研。1994年，早在鉴定会的前几个月，甘肃省科委和兰州市科委的有关领导多次表示他们要推荐李国坤为首届工程院院士候选人，但他却推脱说自已的条件不够，而未报材料。他表示要作出像院士那样的贡献，但自己不够资格当院士。
第2篇：永磁传动技术论文范文
【关键词】永磁电机 稀土永磁电机 同步永磁电机 发展现状
1 引言
进入二十一世纪以来，随着全球经济社会的快速发展，石油、煤等非可再生资源的日益枯竭，能源紧张也成为全球共同关心的话题，所以建设资源节约型，环境友好型社会也成为迫切要实现的目标。在这种大背景下，高性能电机及其驱动技术日益蓬勃发展，并且国家发改委在“十大重点节能工程实施意见”中提出了要推广高效节能电机，稀土永磁电机，同时推广变频调速永磁电机等先进电机调速技术的要求，并且随着该电机技术的日益成熟，已经渗透到了国防、工、农业生产中，影响着我们的日常生活。
2 永磁电机的结构与工作原理
在结构方面：电机基于磁场作为媒介为机械能和电能转换的电磁装置。在运动机制中首先气隙磁场的电能量转换需要永久磁铁产生的气隙磁场，其次就是在集团内部进入电机绕组电流，但这需要两个特殊的绕组和相应的装置，并提供能量以维持电流的流动，总体电机由两部分组成，定子和转子。电机在运行时固定部分称为定子，定子主要由硅钢冲压、绕组的三相对称分布，固定核心底盘和阀盖零件，如转子永磁磁轭和轴。永磁磁轭，考虑磁轭是圆柱形的，在转轴上设置形成了永磁电机。
在原理方面：定子和转子的磁场相互作用在平面内产生两种相互垂直作用的电磁力，从而实现了电机的运动，并且电磁推力是永磁阵列产生的磁场与线圈阵列中的电流相互作用的结果。当电磁转矩克服转子本身的惯性，以及永磁体的永磁电动机转子磁钢产生的阻尼转矩，电动机开始运动。
3 永磁电机的应用发展趋势
3.1 永磁电机的优点
目前，随着国家工业化的发展，永磁电机已经成为市场新贵，它具有以下优点：
（1）效率高，环保节能。永磁电机是一种高效节能产品，与感应电动机相比，永磁电机不需要无功励磁电流，故能够大大的提高功率因数。经大量统计计算，永磁电机比同规格热机的效率提高了2%～8%，并且还可以用较小容量的永磁电机替代较大容量的感应电机，较好的解决了能源浪费的问题。长期使用这种产品，可以达到环保节能的目的。
（2）高效能。高效能化也是永磁电机的明显优势，一些性能指标是传统的标准电机所不及的，在某些机构，调速比可高达1：10000，转速控制精度可达0.1%。
（3）结构类型多样，有极大的应用范围。由于转子结构是多样的，因此永磁电机的许多品种都有不同的特点和性能，从日常生活到航空航天，从简单电动工具到高科技产品，几乎无所不包。
3.2 永磁电机在国内外的应用现状
在经济社会的发展过程中，随着对环保节能要求的日益提高，使得永磁同步电机在国内外的应用范围更加广泛。例如，在航空航天领域。船舶电力推进领域，风机水泵行业，电梯行业，空调行业风电行业等都有极大的应用。
（1）目前，在稀土永磁无刷直流电动机作为第二代变速的制冷技术，在国外已经使用了空调和冰箱，普及率达到33%，并且稀土永磁无刷直流电动机系统在电风扇和洗衣机中也被广泛应用。直流变频空调压缩机电机是交流电动机，具有较高的控制精度，因此转子的永磁交流变频空调更有效率。在变频空调，采用直流变频技术，正弦波永磁同步电动机驱动技术是发展的主流。
（2）在船舶行业中，高性能的船舶推进系统一般是全动力推动，永磁电机作为推进电机在国外得到广泛应用，技术日益成熟。如Alstom，ABB，和西门子等都已形成产业，ABB公司已经形成了6相变频电源供电的230r/min，1095KW的稀土永磁同步电机。
3.3 永磁电机的发展趋势
作为众多高新技术和高新技术产业的基础，永磁电机与微电子控制技术和电力电子技术的结合能够制造出许多新型的、性能优异的机电一体化产品。永磁电机作为基础，是21世纪电机发展方向的典型代表。
（1）电机的方向发展。电机驱动负载，如全部采用通用电机，在某些情况下，技术和经济不是很合理。如特殊电机特别设计的根据不同的负载特性，如油田抽油机专用节电率高达20%的稀土永磁电机等。在专门化的基础上，专用电机的节电潜能很大。这对电机工作者也提出较高的要求：他们不仅要研究电机本身，更应当研究所驱动负载的特性，设计出价格合理，运行可靠，性能先进的稀土永磁产品。
（2）向轻型化方向发展。便携式光机电一体化产品。永磁电机控制性能好，节能且体积小，可通过频率的变化调速，又容易做成低速直接驱动等优点，故在医疗器械，视听产品，计算机，数控机床，电动车辆，航空航天产品等领域得到广泛应用。未来随着控制技术和电子技术的发展，永磁电机技术会发展的日趋完善。
（3）向高性能的发展。现代化设备的电动机有多种高性能、移动电站等自动化设备使用和电机伺服系统，化纤设备变频调速同步电动机转速精度高，机器人与稀土永磁伺服电动机比例高，等等。
（4）向机电一体化。实现机电一体化的基础，是开发各种机电一体化的各种高性能永磁电机，如数控机床伺服电机，使用电脑VCM的音圈电机，变频调速的稀土永磁电机和无刷直流电机是机电一体化的基础。
3.4 永磁电机发展所面临的问题
因为市场仍处于培育之中，永磁电机作为一种新产品，它的推广还面临不少困难。一是标准规范、标准的永磁电机在中国非常微弱，稀土永磁无铁芯电机是空白，严重影响电机的质量、性能评估、产品选择等，限制了产品的推广应用。第二，工业化水平需要改进，虽然小功率稀土永磁无铁芯电机批量生产，但大功率的生产仍处在示范阶段。三是对相应的控制系统要求高，初投资大。
4 结语
永磁电机作为21世纪具有广泛应用前景的产品，它的产业化程度还有待提高。由于它所具备各种优良性能和特点，可以相信，在不久的未来，它会在各个领域得到广泛应用，会渗透到日常生活和工业生产地方方面面。随着国家对电机领域的重视和投资，永磁电机必将蓬勃发展。
参考文献
[1]王瑾.超高效永磁同步电机研究与设计[D].沈阳工业大学，2015.
[2]唐任远.现代永磁电机理论研究与设计[M].北京：机械工业出版社，1997.
[3]赵国新.无铁芯永磁电动机的研究与设计[D].2006.
作者简介
刘加岭（1994-），男，山东省高密市人。现为山东科技大学大学本科在读学生。
刘全新（1994），男，山东省泰安市人。现为山东科技大学大学本科在读学生。
杜传明（1995-），男，山东省泰安市人。现为山东科技大学大学本科在读学生。
阮文阳（1994-），男，山西省晋中市人。现为山东科技大学大学本科在读学生。
第3篇：永磁传动技术论文范文
一、发电环节
电力系统的发电环节设计发电机组的多种设备,电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。
大型发电机的静止励磁控制。静止励磁采用晶闸管整流自并励方式,具有结构简单、可靠性高及造价低等优点,被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间环节,因而具有其特有的快速性调节,给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有力条件。
水力、风力发电机的变速恒频励磁。水力发电的有效功率取决于水头压力和流量,当水头的变化幅度较大时(尤其是抽水蓄能机组),机组的最佳转速亦随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比,风车捕捉最大的风能的转速随风速而变化。为了获得最大的有效功率,可使机组变速运行,通过调整转子励磁电流的频
率,使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。
二、永磁无刷电动机及其“直流变频”调速
永磁无刷电动机采用永磁代替电流激磁,可使电机效率提高4-8个百分点。当它用位置传感器或靠软件计算代替位置传感器信号按电子换向器控制工作、电枢电流为方波运行的,即为永磁无刷直流电机模式,又称“自控式同步电机”。当它靠外加变频器控制、电枢电流为正弦波运行的,则为永磁同步电动机模式,又称为“他控式同步电机”。这种电机兼有交-直流电动机二者的优点,调速范围宽,电机结构简单,低速转矩比较大,对电动机械来讲有可能做到在很宽速度范围内直接驱动,从而减少噪声(免去变速箱或皮带传动),还有电机惯量小等长处。
三、在高压直流输电(HVDC)方面的应用
直流输电在技术方面有许多优点:(1)不存在系统稳定问题,可实现电网的非同期互联;(2)可以限制短路电流;(3)没有电容充电电流;(4)线路有功损耗小;(5)输送相同功率时,线路造价低;(6)调节速度快,运行可靠;(7)适宜于海下输电。随着大功率电子器件(如:可关断的晶闸管、MOS控制的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等)开断能力不断提高,新的大功率电力电子器件的出现和投入应用,高压直流输电设备的性能必将进一步得以改善,设备结构得以简化,从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。
四、在电力谐波治理方面的应用
有源滤波是治理日益严重的电力系统谐波的最理想方法之一。有源滤波器的概念最早是在20世纪70年代初提出来的,即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,从而实现实时补偿谐波电流的目的。随着中国电能质量治理工作的深入开展,使用以瞬时无功功率理论为理论基础的有源滤波器进行谐波治理将会有巨大的市场潜力。
五、电力电子技术在电动车驱动系统中的应用
下图给出了电动车驱动系统的大致框图,其中主要由电机、功率变换和控制技术三部分组成。
电动车用电机及其控制图如下:
为了满足电动车驱动系统性能和现有电机控制技术的需要,目前国外电动车实际应用的电机主要有交流永磁同步电机和开关磁阻电机。
以交流同步电机和无刷直流电机为代表的交流永磁电动机具有低重量、低损耗、高效率、高能量密度、高可靠性和免维修等优点,使得交流永磁电动机在电动车中得到了广泛应用。然而传统的交流电机控制方法如变压变频(VVVF)并不能满足电动车进一步改进性能的要求。一个主要原因就是直交轴互相作用的非线性动态模型。随着微机时代的出现,磁场定向矢量控制(FOC)技术目前已发展成熟,广泛应用于交流电机。
尽管开关磁阻电机的原理已经有近百年的历史了,然而它的广泛应用却是最近几年的事。开关磁阻电机结构紧密、坚固、效率高,低速时可提供很大转矩,且驱动器结构简单。它的缺点也很明显,振动大,噪声大,特别是仍需励磁,使得它的效率和能量密度不能和交流永磁电机相提并论。
第4篇：永磁传动技术论文范文
【关键字】强磁永磁机构；优化设计
中图分类号：N945.15 文献标识码：A 文章编号：
1前言
伴随着我国经济的不断发展，近年来，我国永磁材料的性能有了显著地提高，性价比也逐年提高，随着我国工业化的不断发展，永磁材料的应用将会越来越广泛，且我国拥有非常丰富的稀土资源，这项优势足以使我国成为永磁材料的生产大国，我国早已认识到永磁材料的重要性，相关研究人员已经充分发挥优势，努力扩展永磁材料的应用领域，进一步的促进我国国民经济的快速发展。目前，随着永磁材料性能的不断进步，性价比不断提高，功能也越来越多，很多领域都广泛应用永磁材料，永磁电机、医疗器械以及很多仪器、仪表都应用的是永磁材料，这些领域的应用更进一步的促进了永磁材料的制造及相应技术的不断发展。但，由于永磁材料的研究还不够成熟，军事、医学及高能物理等领域对于永磁体的应用还不够广泛，超导磁体及电磁体还占主要地位，但超导设备在使用过程中需要很庞大的冷却系统，且在使用时维护非常困难，这样就直接导致了使用成本非常高，但随着永磁材料各项性能指标的不断提升，用将永磁材料代替超导设备将成为未来此领域发展的必然，且这样做是非常有意义的，将会产生巨大的经济及应用价值。
2强磁永磁机构的应用现状
就目前来讲，强磁永磁机构需要对其进行进一步的优化设计，但现如今的永磁优化设计大多只是采用现有的电磁场分析软件，这些分析软件并不能够全面且准确的显示出永磁机构的各项问题，它们只是单纯的考虑了相应的永磁材料在磁滞回环中第二象限的退磁部分，而对于其他部分在相应的强磁场下经常出现的退磁或者饱和现象都没有予以系统的考虑，就使得计算出来的永磁机构是不准确的，由此可以看出，强磁永磁机构的优化设计是非常有必要的，尤其是对于非线性介质的电磁场数据的分析，需要进一步的研究与讨论。在对强磁永磁机构进行优化设计的过程中，需要制定相应的设计方案，一个设计方案的好坏，需要相关人员对其进行电磁场的分析。电磁场的分析方法有很多种，但随着我国科学技术的不断发展，计算机技术已经广泛应用于各个领域，而对电磁场分析最为先进、有效地方法便是数值解法，数值解法是需要通过计算机技术来完成的，且数值解法一般分为两种，一种是差分法，这种分析方法通常适用于边界相对较规则的电磁场，而另一种是适用于边界不规则的电磁场，叫做限元法，这种方法在数值解法中应用是相对较为广泛的，当然，数值解法也有其相应的缺点，这种方法在计算过程中对于数据的处理繁琐且复杂，在计算过程中精度也不容易进一步的提高。另外，随着设计算法的不断发展，很多新型的算法也在不断涌现，遗传算法作为随机性算法中的一种，是一种进化算法，因此，遗传算法在强磁永磁机构的优化计算中应用也是非常广泛的。此外，在对强磁永磁进行优化设计的过程中，需要磁滞模型对于强磁永磁的磁滞状态进一步的进行非常精确的模拟，只有对强磁永磁的磁滞状态进行了精确的模拟，才能够使得强磁永磁机构的优化设计更为准确、完善，才能更进一步的推动强磁永磁机构的发展，才能使得强磁永磁在未来的各个领域应用广泛。就目前而言，人们通常使用的磁滞模型有两种，一种是Jiles-Atherton磁滞模型，这种磁滞模型是根据能量平衡的原理研究出来的，另一种磁滞模型是Preisach类磁滞模型，这种磁滞模型在目前应用较为广泛，随着科学的不断进步，经典的Preisach类模型本身具有一定的局限性，因此，相关研究人员又进行了进一步的修改，在此基础上提出了几种新型的模型，使磁滞模型更为完善，模拟磁滞状态更为准确。
3强磁永磁机构的优化设计
随着各项科学技术的不断进步，永磁材料的性能得到了进一步的提高，各个领域对于强磁永磁的应用也变得越来越广泛，这就使得研究人员对强磁永磁机构的优化设计尤为迫切，且在不断发展的过程中，人们对强磁永磁的研究越来越深入，因此，也就对其优化设计要求越来越高，下面我们就强磁永磁机构的优化设计进行详细的分析与探讨。
对于强磁永磁机构的优化设计首先应该制定优化方案，方案的制定应合理准确，将相应的问题考虑周全，然后再对每个方案中材料进行优化的结果进行对比性的验证，将各项情况考虑其中，运用最为简便有效地方法加以验证，找出更为合理的优化方法。
4强磁永磁机构的几种新型结构
近几年，随着永磁材料性能的不断提高，很多新型的永磁结构如雨后春笋般不断涌现，其中永磁魔环、魔方、魔球等成为了新型永磁结构的代表，这种结构有着非常显著的特点，它们可以在相对较小的空间里产生非常均匀的磁场，且这种结构相对于其他结构来说重量是非常轻的，且结构相对紧致，不易变形，这些优点就使得这种新型结构应用非常广泛，尤其是在实验室的设备中，被大量使用，另一方面，这种永磁结构并不包含铁磁材料，相对来说结构纯正，完全是由永磁材料组成的，不含任何其他杂质。
5遗传算法
遗传算法属于一种新型的算法，它是随机算法中的一种，属于一种进化算法，这种算法与传统的算法不同，它根据自然界适者生存和优胜劣汰的原理，通过不断地进化演变，找出其最优个体，再将最优个体进行相应的解码，从而产生近似最优解。目前，遗传算法被广泛应用于很多的领域，在进行图像处理、自动控制、智能控制等过程中应用尤为广泛，在其中发挥着非常重要的作用。为了保证遗传算法的准确性与精确度，遗传算法常常与其他优化算法相结合在一起使用，用来解决相对综合且复杂的问题。
6结束语
随着我国经济的不断发展与科学技术的不断进步，永磁材料的性能得到了进一步的提升，很多领域逐渐对永磁材料有了更为全面的认识，人们逐渐意识到永磁材料在未来发展中的重要性，随着科技的不断进步，很多领域超导磁体及电磁体终将会被永磁磁体所取代，因此，研究人员对于强磁永磁机构的优化设计成为了磁体领域研究的重要课题，强磁永磁机构的优化设计在未来的磁领域发展中也将会发挥越来越重要的作用。
【参考文献】
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第5篇：永磁传动技术论文范文
关键词：TMS320F2812；PMSM控制
中图分类号：TM383 ； 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）04-0212-02
1 引言
21世纪石油钻井工业的迅速发展，随钻测量和随钻测井的技术也得以迅速发展，其对地质导向钻井来说至关重要，因而对其要求越来越高。而连续波泥浆脉冲发生器作为目前国外大型石油公司独有的商业化产品，具有传输速率快等优点，是随钻测量信号最重要的传输方式之一。
连续波泥浆脉冲发生器中传输信息的核心部分之一是永磁同步电机的控制系统。永磁同步电机（Permanent Magnet Motor，简称PMSM）具有体积小、力矩惯量大、效率和功率因数高等优点。因而在测井系统中运用永磁同步电机，能够降低成本，减少维修，节约能源。基于这些优点，本文介绍采用TMS320F2812控制永磁同步电机，以满足二进制FSK调制方式对转阀电机的调速要求[1，2，3]。
2 控制框图
井下传感器将采集到的数据进行信号编码，然后通过转阀驱动电机控制系统驱动转阀旋转，进而产生泥浆压力脉冲，压力脉冲经过钻杆中的泥浆上传信息，地面传感器接收到}冲信号以后，通过滤波整形，信号译码，得到井下采集的数据信息，然后经过数据的分析和处理反馈到计算机，实时了解井下工况。控制工作原理框图如图1示。
3 硬件控制设计
为了使永磁同步电机能够在不同的转速间迅速切换，获得较好的2FSK调制信号。本文以 TMS320F2812 为控制核心，以此数字信号处理器负责完成大部分的计算和控制功能[4，5，6]。在MATLAB/Simulink中建立永磁同步电机的向量控制系统的原理图如图2所示。
本文中采用空间脉宽调制（SVPWM）控制策略，此时定子电流励磁分量 [id]=0，永磁同步电机相当于一台他励直流电机，定子电流中只有X，Y轴分量，且永磁体磁动势空间向量与定子磁动势空间向量正交，此时永磁同步电机转矩中只剩永磁转矩分量 [Te1]，只需要控制定子电流的转矩分量 [iq]的大小即可。这样电磁转矩就只依赖于交轴电流，能够实现交、直轴电流的解耦。永磁同步电机的定子由三相SVPWM逆变器供电，转子位置传感器检测转子转速 n和转角 [θ]。由转速外环和电流内环经过PI调节并经过反PARK变化得到SVPWM调制器的电压调制信号。检测到的定子电流经CLARKE变换和PARK变换，得到定子电流[id]和[iq]作为电流的回馈信号。
4 软件控制设计
根据软件模块化设计思路，充分利用 DSP 的资源特点，根据建模编写相应的控制系统程序，包括检测模块、算法模块、SVPWM模块等。软件主程序主要针对系统硬件及各变量设定初始值，完成寄存器的配置和给定初始值，在循环等待中，当中断触发时，开始执行子程序，中断服务子程序作为系统软件部分的核心，主要包括定时器中断和功率驱动保护中断[7]。软件控制主流程图如图3所示。
5 仿真结果
设电机在0～0.3s时的PMSM的转速响应仿真波形图如图4
其中图5横坐标为时间轴t，单位为s，纵坐标为转速n，单位为m/s，所得转速响应仿真波形图如图5所示。
从图5以看出，在转速为600m/s的时候，采用PI控制，转速上下波动幅值为10，波动率为 。满足二进制FSK调制方式对转阀电机的调速要求。
参考文献：
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第6篇：永磁传动技术论文范文
关键词：电动汽车；永磁电机；驱动控制
中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0070-01
电动汽车的动力来源于车载电源，大力推广电动汽车的使用，能够有效环节石油能源短缺和大气污染严重等问题。我国自2001年开始着手进行电动汽车的研究，尽管电动汽车相关技术的研究与国际前沿水平仍有差距，但是也在多个方面取得了成就。永磁同步电机虽然满足了电动汽车驱动要求，但是永磁体价格昂贵、永磁电机弱磁难等问题尚未得到很好的解决，需要在下一步的工作中进行重点研究。
1 电动汽车发展现状
自上世纪末期能源危机爆发以来，世界各国都开始在各个行业寻找石油、煤炭等能源的替代资源。在汽车领域内，日本是最早开始进行电动汽车研究的国家，也是目前电动汽车技术较为成熟的国家之一。早在1997年，日本丰田汽车公司就推出了世界上第一款混合动力轿车，虽然该款轿车并不是真正意义上的电动汽车，但是在世界范围内拉开了电动汽车研究的帷幕。随后，美国、挪威、中国等国家开始加入到电动汽车研究的队伍中，并在各个领域取得了成绩。
我国人口数量庞大，加上近年来国民经济水平不断增长，汽车保有量也逐年上涨。为了降低传统能源汽车对环境造成的破坏，我国在2006年颁布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》，其中明确将电动汽车研究列入高新技术研发行列。截至目前，像比亚迪、奇瑞、长安等汽车公司，都在新能源汽车领域取得了较大的研究突破。例如，2009年比亚迪推出的E6纯电动出租车，百公里耗电仅为20度，成本花费仅为传统燃油汽车的1/4。
2 电动汽车驱动电机的特点及类型
作为电动汽车的核心部件，电机驱动系y不仅要保证电动汽车像正常燃油车辆一样具备高速行驶能力，而且要满足频繁启动、制动和紧急刹车等驾驶要求。具体来说，电动汽车的驱动系统应具备以下要求[1]：
（1）提供足够的动力，在短时间内为电动汽车提供最大的动力输出，例如百公里加速和极限爬坡等。考虑到系统运行的安全性，还要求电机具备过载能力，通常其过载限定值为正常状态下的5倍左右；（2）要具备较好的系统稳定性，尤其是在雨雪、高温、颠簸路面等恶劣环境下，要保证电动汽车具备良好的环境适应能力；（3）要提供给司乘人员良好的驾车体验，包括行车稳定性和舒适度等。
3 电动汽车永磁同步电机控制方法
结合近年来国内外对电动汽车的研究表明，电动汽车驱动系统性能的高低，一方面与电动汽车所选用的电机质量有关，另一方面也和驱动控制策略有密切联系。要想保证电动汽车内永磁电机的性能得到最优化发挥，必须要同时协调好两方面的因素。目前来说，永磁电机的控制方式主要分为矢量控制和弱磁控制，国内电动汽车永磁电机驱动控制也是基于上述两种形式进行的[2]。
3.1 永磁电机的矢量控制
早期的矢量控制采用的是异步电机，主要作用是防止交流电机的转矩控制出现问题。其主要依据是使用坐标变换方法将相电流分解为与励磁对应的直轴电流和与转矩对应的交轴电流，实现励磁磁场和电磁转矩的解耦控制。随着永磁电机理论研究的不断深入，矢量控制理论的内容也得到了极大的丰富，并且在多个行业（伺服控制、智能机器等）得到了广泛应用。永磁电机由于自身结构的影响，在运行过程中不会出现转差，转子励磁恒定，因此在永磁同步电机上采取矢量控制方式，能够极大的简化电动汽车驱动控制的难度。
3.2 永磁电机的弱磁控制
在凸式永磁同步电机中，弱磁控制根据调节方式的不同，又被分为前馈式开环调节和反馈式闭环调节，虽然两种调节方式的控制策略不尽相同，但是所达到的弱磁控制目的基本类似。在弱磁控制工程技术上的问题上，许多学者提出了具体的方案，一个方向是电机本体结构的优化：通过对电机本体设计中参数的研究和改进；内置式永磁电机提高凸极比，优化磁路，提升弱磁性能。另一个主要方向即弱磁控制策略的不断完善。
4 基于电压反馈驱动控制策略
现阶段，日本、美国等国家在进行永磁电机调控时，一般选用电压反馈法，这种方法的应用优势主要体现在计算量较小，且精度较高。但是由于电动汽车运行环境的硬性，电压反馈法对电机运行参数的的依赖性较大。实验表明，电动汽车永磁电机在运行时，出现的温度升高、磁路饱和等现象，都会使电机参数发生改变。因此，需要在采取电压反馈法的基础上，进行前馈弱磁电流计算，以修正电压控制策略，确保电机运行使保证动态性能良好。
参考文献
第7篇：永磁传动技术论文范文
关键词：变频空调；压缩机；驱动控制；位置估算；转矩补偿
0 前言
随着能源日益匮乏，节能减排成为主旋律。在大幅增长的居民家电耗能，空调用电占比急速攀升。迫于电力日益紧张，人们观念转变，传统定频空调逐渐被高效节能的变频空调取代。对变频空调室外机用永磁同步电机压缩机驱动控制技术逐步发展为主流。
1 变频空调系统构成和特点
1.1 构成
变频空调系统分3部分：遥控器、室内机、室外机。室内机负责接收遥控信号，检测室内温度，控制风机转速，并向室外机发送通讯指令。室外机负责检测室外环境、盘管温度，驱动压缩机，并调节室外风机工作方式、转速，根据制冷、制热、除霜、除湿等模式控制各类阀门（四通阀、电子膨胀阀）开启和关闭，以及进行各类电气上过流、过压保护，确保空调正常运行。
1.2 特点
相比传统空调，变频空调有3大特点。（1）启动后可快速达到设定温度。（2）温度控制平顺。（3）对电源电压干扰小。传统空调启动时电流为额定电流4-7倍，容易对电源电网造成干扰。变频空调一般以低频启动，再逐步提高运行频率，启动阶段电流较小，从而降低对电网的干扰。
2 压缩机驱动控制技术
2.1 驱动控制
变频空调压缩机主要为永磁同步电机，2种驱动控制技术较常见，即：直接转矩控制和矢量控制。
直接转矩控制（Direct Torque Contro，即DTC）是德国鲁尔大学M.DePenbrock教授和日本学者I.Takahashi在1985年提出[1]。澳大利亚的L ZHONG， M FRahman和胡育文教授提出基于永磁同步电机的直接转矩控制方案奠定了直接转矩控制应用于永磁同步电机的理论基础[2]。
直接转矩控制，以对定子磁链的估算作为磁场定向，最终实现对定子磁链和转矩的直接控制。直接转矩控制的优点表现在：除定子电阻外的其余电机参数在某些扰动作用下仍能保持基本不变的性能，通过加入磁链观测器对同步速度信息的估算较方便，更利于实现无速度传感器控制。直接转矩控制缺点在于逆变器开关频率不固定，转矩及电流波动较大，另外需要较高的采用频率实现数字化控制。
矢量控制（Field Oriented Control，即FOC）是Darmstader大学的Hasse博士1968年在一个学会论文杂志上首先提出。1971年德国西门子公司的F.Blaschke将理论进行了系统化，并发表专利，从而奠定了矢量控制的理论基础[3]。
在磁场定向坐标系下，电流矢量分解为励磁电流和转矩电流两个相互垂直的分量，两者分别用来产生磁通及转矩，经坐标变换后，通过正交或解耦操作可相应对磁场及转矩进行独立、连续控制。
在不同的应用场合，永磁同步电机矢量控制策略可分为3种形式：id=0控制、最大电磁转矩/电流比控制、弱磁控制。
在id=0控制中，直轴分量恒等于0。此时等效直轴绕组开路不起作用。如不考虑定子直轴分量，仅从交轴电压方程来看，永磁同步电机则可等效为一台直流电机。id=0的控制策略简单，但存在2个缺点：永磁同步电机本身气隙磁阻不均匀，忽略了磁阻转矩的作用，使得单位电流下电磁转矩不是最大；电机只能在额定转速以下工作。
最大电磁转矩/电流比控制策略（Maximum Torque per ，简称MTPA）也称单位电流电磁转矩最大控制策略。当定子电流一定时，使电机输出转矩最大或当输出转矩一定时，定子电流最小。对于Ld=Lq的隐极式永磁同步电机而言，MTPA与id=0控制策略完全一样。而对于Ld≠Lq的凸极同步电机来说，如果LdLq，直轴电枢电流分量大于0，电枢反应起助磁作用，这种单位电流电磁转矩最大的控制策略是以增强励磁磁场，提高电机功率因素来提高电流电磁转矩的。
弱磁控制常应用于内置式永磁同步电机控制。对转子而言，定子电枢磁场一方面削弱电机的励磁磁场，一方面其空间转速需相对电枢绕组不断加快。电压达到极限时，为确保电机高速运行，需通过减小气隙磁通得以实现。
2.2 位置估算
永磁同步电机变频压缩机中，为了获得最大输出转矩，定子电流与转子磁极需保持垂直，故必须精确获取转子位置。在变频空调压缩机中，永磁电机处于封闭的环境中，温度超过120℃，且压缩机内部充满强腐蚀性高压制冷剂，无法直接利用传感器检测转子的位置，故通常采用无位置传感器的位置估算。
常见的位置估算包括：基于磁链与反电动势、基于状态观测器（典型有卡尔曼滤波观测器、扩展卡尔曼滤波观测器、龙伯格观测器、滑模观测器）、高频信号注入、锁相环等方式。
扩展卡尔曼滤波法采取最优估计原理中最小均方差来估算系统状态变量。该算法有较好的实时性、动态性能和抗干扰能力，适合在很宽的速度范围工作。不足之处需要用到较多的误差统计参数，达到消除随机的系统和测量噪声的目的。对这些参数的分析和确定非常困难。
滑模观测器根据α-β坐标系下电压方程建立观测器，并将滑模变结构技术应用在观测器的控制回路中，使系统抗负载及参数变化的鲁棒性得到提升。在滑模观测器中定义电流误差为滑模切换面，通过不同控制结构间的高频切换，产生滑动模态，使系统状态轨迹最终收敛到切换面上的稳定点。该算法简单易实现且鲁棒性高，但由于滑模变结构具有不连续的bang-pang控制特性，使得系统会产生高频“抖振”现象，实际时需要进行必要的抑制。
高频信号注入法是一种基于凸极追踪的转子位置自检测方法，其基本原理为在电机定子绕组上注入特定的高频电压（电流）信号，之后检测定子绕组中包含位置信息的电流（电压）信号，通过适当方法进行提取。该算法要求电机具有一定凸极性，且需要持续高频激励，从而实现在电机全速度范围内进行转子位置检测。该算法缺点是无法在隐极式永磁同步电机中应用。
2.3 转矩补偿
变频空调压缩机有3种类型结构，即单转子、双转子和涡旋式。受成本影响，压缩机通常选择单转子结构。在低频运行时，由于转子的不平衡性，容易导致连接压缩机盘管产生大幅度振动，该周期性的低频振动会在室外整机管路和系统间产生共振，不但会形成噪声，严重时还会造成管路断裂。
采用矢量控制方法，速度环较慢，转速PI调节形成的参考转矩电流给定不能及时跟随负载的波动变化。故需要在压缩机启动后稳定于预设转速下，在没有加入转矩补偿时，先计算出负载力矩与转速波动的相对偏移相位角度。在参考转矩电流上叠加一个与当前压缩机转速周期相同的转矩补偿分量，该分量决定了转矩补偿量的大小。不同的转速下，转矩补偿分量幅值大小是不同的，可以根据参考转矩电流大小按照一定比例选择转矩补偿分量幅值，具体比例系数是按照压缩机在运行过程中实际振动效果通过实验获得的。
3 总结
随着家用空调能效等级新国标《转速可控型房间空气调节器能效限定值及能源效率等级》出台及实施，国内越来越多的空调器生产厂家将重点转移至变频空调。近年来，微电子技术、模糊控制技术、神经网络技术和电力电子技术迅猛进步，未来变频空调产品及压缩机驱动技术一定会朝着高度集成化、智能化和模块化方向发展。
参考文献：
第8篇：永磁传动技术论文范文
Abstract: This paper introduces a vacuum circuit breaker based on the permanent magnetic actuator. After analyzing the influence factor of the vacuum circuit breaker, actuator is the core element of the vacuum circuit breaker was pointed out. Analyzing three kinds of actuator, the paper presents that the permanent magnetic actuator meets new requirements. By using the permanent magnetic material, the vacuum circuit breaker based on the permanent magnetic actuator becomes the real maintenance-free intelligent breaker.
关键词：真空断路器；操动机构；永磁机构；永磁材料
Key words: vacuum circuit breaker；actuator；permanent magnetic actuator；permanent magnetic material
中图分类号：TP211+.53文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）35-0029-02
0引言
随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，人们对供电质量和供电可靠性的要求越来越高[1]。断路器的分、合动作可靠性对供电可靠性有较大的影响，影响断路器可靠性的因素主要有以下几个方面[2]：①断路器的绝缘性能。②断路器的开断性能。③断路器机械性能的可靠性，一是开关本体的机械性能，二是操动机构的可靠性，而且实现操动机构的可靠性难度较大。从上面几个方面看，保证断路器在电力系统中可靠运行，操动机构在断路器中占有重要的地位。它不但要保证断路器长期运行中动作的可靠性，即机械可靠性，而且断路器分合闸所需时间和分合闸速度的主要决定因素是操动机构[3]，机构还影响着断路器开断性能的可靠性。从国际、国内断路器的故障统计数字来看，机械故障占大多数，高达总故障的70%，为进一步提高断路器的可靠性，满足当今社会对高质量、高可靠性产品的需求，有必要研制新的断路器操动机构。
1真空断路器的操动机构
真空断路器与其它型式的断路器例如空气断路器、油断路器和SF6断路器的动作特性有很大差别[4]。由于真空灭弧室优越的绝缘性能，使得真空断路器的行程很小，又由于真空灭弧室是对接式触头，所需的触头弹簧的压力较大，机构必须保证在开关合闸到位时，提供足够大的力来克服触头压力，而不允许发生断路器合不上或出现严重的触头弹跳。真空断路器对所配机构的要求是要提供较大的力以克服触头弹簧的反力，但行程较小，即操作功小[5]。
1.1 电磁机构早期设计的适合真空开关的机构为电磁机构[6]，开关合闸时，螺管式电磁铁逐渐接近端面，产生的吸力会增加，这样就与真空断路器的机械特性相匹配。然而传统的电磁机构也存在不容忽视的缺点。由于传统的电磁机构最早是为少油断路器设计的，而少油断路器的行程较长，CD10机构的行程为60mm，就是后来设计的专门用于真空断路器的电磁机构CD17，其动铁心的行程为55mm左右。根据磁路的特点，行程越长，同样安匝数的线圈的力越小。要提供足够的电磁力，就必须增加线圈的安匝数，一般电磁机构的稳态电流为100-140A，匝数为600-800匝。由于匝数较多，又使得磁路电感L在机构的合闸过程中变化较大，产生反电动势较大，从而抑制了合闸线圈动态电流的增长，而且这种抑制作用随着合闸速度的增加而增加。若想要进一步抵消这种抑制作用，就要提高线圈稳态电流，增加合闸电源的容量。并且，由于磁路电感L较大，线圈带电后电流上升的较慢，上升时间较长，合闸时间较长，又使合闸能量增加。另外，由于以前的标准要求电磁机构应能够实现自由脱扣，传统的电磁机构有一套复杂的自由脱扣装置和机械锁扣装置，零部件也较多，体积也大。零部件的增加会降低机构的可靠性。综上所述，电磁机构的最大缺点是操作电流大，机构体积大，机械锁扣装置较复杂。
1.2 弹簧操动机构弹簧操动机构以交流小功率储能，小功率电能供给脱扣线圈进行分、合闸操作，已广泛应用于少油、SF6开关。通过凸轮曲线及连杆传动变换，缓冲结构的改进，以满足真空灭弧室的特殊要求，并且可做到少维护的要求。它的操作功可以从数十焦耳到数千焦耳，机械寿命可从数千次到数万次。但是弹簧机构零件数较多，传动机构较为复杂，运动部件多，制造工艺要求高，弹簧机构的结构复杂，轴销与拐臂之间的摩擦面多，在长期运行过程中，这些零部件的磨损、锈蚀以及滑剂的流失、固化等都会导致操作失误，特别是锁扣部分的复位和闭锁，仍存在不可靠因素。
1.3 永磁机构随着真空断路器在中压领域的发展，永磁材料性能的提高，先进的二次技术在开关设备中的应用，近年来，一种用于中压真空断路器的永磁保持、电子控制的电磁操动机构（简称永磁机构）在户内、户外中压真空断路器领域对传统的弹簧机构提出了挑战，引起了开关行业的关注[7]。它的原理、结构特点、性能以及与其相配的免维护真空断路器的开发研制已成为电器制造企业和运行部门的热点。和传统内的断路器操动机构相比，永磁机构采用了一种新的工作原理，将电磁机构与永久磁铁有机地结合起来，避免了合闸位置机械脱扣、锁扣系统所造成的不利因素，无需任何机械能而通过永久磁铁产生的保持力就可使真空断路器保持在合、分闸位置上，引起故障的环节少，具有较高的可靠性，配以控制系统实现真空断路器的高可靠、免维护、智能化。
2真空断路器操动机构的原理
断路器的机构就是实现断路器进行分合闸操作，克服断路器的反力特性，保证断路器的动触头的分、合闸速度。于是，就存在一个机构的出力特性与断路器的反力特性的匹配问题，真空断路器的触头行程很小，合闸过程中在触头接触前只需很小的驱动力，一旦触头闭合，就需要很大的驱动力来压缩触头弹簧以获得足够的触头压力。因此，真空断路器合闸接近终了时的触头反力特性在触头接触瞬间有一大幅度的正向突变。
弹簧机构是依靠事先储存的弹簧能量的释放使断路器实现合闸操作的，弹簧释放时总是一开始出力大，以后逐渐减小。这与真空断路器的反力特性正好相反。为了使其与真空断路器的反力特性匹配，通常要通过凸轮和连杆的转换。这种力的转换伴随着连接机构的高速运动，这不仅降低机构的效率和可靠性，还减小了产品结构的刚性。例如，连杆与轴销之间的配合不当，易引起开关的弹跳、过冲等。
永磁机构的出力特性非常接近真空断路器的要求，正因为此，它可以与真空灭弧室直接相连，使零部件数降到最少，也能提高产品的结构刚性，有助于减小触头弹跳及刚分速度的提高[8]。永磁机构较其它机构的最大优势是可靠性高，例如由于只有一个运动部件，且又可以与灭弧室直接连接，零部件较弹簧机构减少了60%。它结构简单，零部件的大幅减少使开关机械系统可靠性大大提高，从而实现免维护运行。
3永磁材料
现在所用的永磁材料[9]主要有铝镍钴磁铁，氧化物磁铁（铁氧体磁铁），以及当前最引人注意的稀土永磁材料。表1列出了上述三种永磁材料性能。
可见，稀土永磁材料既有高的剩磁，又有强的矫顽力。例如钕铁硼（Nd2Fe14B）稀土永磁材料其剩磁Br约为1.2T，矫顽力Hc约为939kA/m，即有最大的磁能积。与传统的磁铁相比，有如下特点[10]：
3.1 当稀土钕铁硼磁铁与铁氧体磁铁的体积相同时，前者产生的磁场比后者要强的多，Nd2Fe14B的剩磁Br为1.22-1.25，铁氧体的剩磁Br为0.39-0.42，为此，当要求磁场强度一定时，Nd2Fe14B磁铁的体积可以缩小，可为使用磁铁的设备的小型化和轻量化提供条件。
3.2 由于有强的矫顽力，不容易受到外界磁场的影响，其稳定性好。例如Nd2Fe14B的矫顽力Hc=876-939，而铝镍钴磁铁的矫顽力Hc=54-60，只要反向激磁线圈的磁场小于矫顽力，就不会发生退磁现象。
3.3 充磁后的铝镍钴磁铁与铁磁物质接触时，会导致整齐排列的磁畴变乱，从而引起显著退磁。钕铁硼磁铁与铁磁物质接触时，基本上无此种退磁现象，所以可不考虑。
3.4 磁铁材料在受到机械冲击后，会引起退磁现象。多方面的研究和实践经验已证明这种材料的机械性能和磁性性能都较传统的永磁材料稳定。
4结语
永磁材料的独特性在低压、中压开关上已有研究和探索该断路器具有零件少、结构简单、可靠性高、寿命长（机械寿命高达10万次）、免维护等特点外绝缘采用固体绝缘，利用环氧树脂固封技术将真空灭弧室、主导电回路、绝缘支撑等有机地组合成为一个集成固封极柱，成功地解决了真空断路器的环境耐受问题。二次控制回路采用集成化电子控制模块，电源输入范围宽，传感器检测开关位置，输入输出光隔离，功耗低，可靠性高。由于全面采用上述高可靠技术，使永磁机械真空断路器成为真正意义上的免维护智能化断路器。
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第9篇：永磁传动技术论文范文
关键词：直线同步电动机; 高频信号输入法; 凸极跟踪; 建模仿真
Abstract: PMLSM (PMLSM) has thrust big, fast, efficient, solid and maintenance of good characteristics such as the NC machine tools, industrial robots, and other occasions have been widely used, PMLSM drive system normally used as a grating position sensors, complete the pole position detection, speed detection and positioning system features three kinds. No position sensor permanent magnet synchronous motor drive system is also the current permanent magnet synchronous motor drive system on a hot, Will become a permanent magnet synchronous motor drive system one of the development trend, the potential competitive advantage.This paper presents a fast and easy way to the linear motor moving the location of a sensor detection method.
Key words：Linear synchronous motor ; High-frequency signal input ; Salient track ; Modeling and Simulation
中图分类号： TM32 文献标识码： A 文章编号：
1.引言
现在交通运输形式主要以公路运输和铁路运输为主，虽然两者运输费用较低，但随着社会日新月异，其速度优势也逐渐消退，在系统中由于内部摩擦力和其它机械性能上的原因，当速度超过约230km/h时，旋转式电动机则几乎不能担负重任。但是装载直线电机的磁悬浮列车的速度能大于480km/h，并能有效控制振动和噪声，牵引力大,耗量小。所以磁悬浮技术运输将取代传统动力运输。(图1-1)磁悬浮的核心就是“直线电动机”。
图1-1磁悬浮列车
2. 直线电机原理及应用
2.1 直线电机原理
从电磁效应工作原理上看，直线电机和旋转式电机差不多，直线电机的转子（动子）和定子都制成平铺形式，接入电信号，电磁效应开始作用，在动子和定子间形成斥力，使动子沿定子排列方向运动。由于初级与次级的运动相对，所以，直线电机一般把初级做长，同时可以把次级做长；固定方式也可初级为稳固端、次级为移动端，同样也能次级为稳固端、初级为移动端（图2-1）。原理上基本相同，直线电机发展也随旋转电机孕育而生，旋转式电机出现不久直线电机的理论就随之诞生[1]。
图2-1 旋转电机到直线电机
2.2 直线电机的应用
直线电机主要作为磁悬浮列车驱动源上,随着科技的进步,直线电机也被用在各种领域。由于直线电机运动稳定、摩擦小、噪声小，在制造业能达到纳米级精度要求，例如机床精加工时车刀运行路径的控制，长距离直线焊接，无菌密封包装，甚至利用其加速度快的特点运用于军事制造(如图2-2)
图2-2 Anorad公司的 LC系列直线电机用于主流封装设备
3 研究对象及发展状况
3.1 研究方向
直线电机脱离传感器直接控制动子位置技术己成为电机传动的重要研究方向。重点是对监测系统进行改进,克服电机工作中导致的运行参数浮动,提高动态跟踪能力及稳定性。本文提到的就是针对直线电机动子位置的监测,涵盖运行位置、输入电频、角度、速度、精度等,这种方法利用仿真软件,从理论上说，可摆脱传感器,更为方便、稳定、及时。
3.2 国内外研究现状
国外在20世纪70年代就有学者对无传感器控制技术进行专门研究，提出了很多方法。虽有成果，已使电机在无传感控制下用于各种工业制造及加工中。但它在结合实际上仍有诸多的局限。目前无传感器控制电机还不能完全适应各种应用场合。
3.3 技术发展应用及学术研究情况
无传感器控制电机的研究在高速直线电机、微电机、极端环境等一些传感器无法正常接发信号的特殊场合应用。虽然这种方法还不能全面取代传统的传感器检测系统，但也在不断进步中。 目前，电动机的无传感器控制也成为电机运行监控技术中一个极具关注和潜力研究领域。许多研究团体和学会正对于永磁同步电动机无传感器控制进行深入研究。
4 理论基础与分析
高速磁浮列车，驱动源就是长距离定子直线同步电机，安装在悬浮列车底的磁铁就是动子，轨道上的三相绕组就是同步直线电机的定子绕组，定子绕组接入变频电流后，定动子间就会形成波状磁场，使定动子相互排斥，产生悬浮力和牵引力。因此，可以通过截获输入直线电机高频电信号,估计出位置、时速、转角等,并和实际值进行比对。同步直线电机通常用光栅组件测量位置，但是光栅中的光电转换器带宽局限，光栅最大移动速度受限。磁悬浮列车速度快，用光栅显然不合适。因此为了解决测位问题就必须采用无速度传感器监测系统，对电机控制系统进行数学建模，截获三项绕组的电信号，估算出动子位置和速度，是一种完全摆脱传统位置传感器的监测方式[2]。位置和速度间存在积分关系，所以只要得到一个信号，那么另一个信号就可得出。
4.1研究设想与技术方法
高频信号输入法对动子位置、速度、信号损失及运行时生产的误差、相位角等进行监测,借助模拟设备和仿真软件（MATLAB建模、LABVIEW仿真）。通过仿真建模对实物模拟,仿真用参数按实物参数输入,通过虚实参数的统一并借助仿真建模平台,就可完成脱离传统的利用传感器检测方式。
4.2 实验设计
对电机模型建模, 按同步电机无传感器控制的控制图(图4-1)。依靠电机工作参数和高频电压、电流测量同步电动机动子位置和速度[3]。
