1.2.4 混合勵磁雙凸極電機的研究進展

DSPM和DSEM均存在各自的優點，也存在各自的缺陷，DSPM的永磁體一旦充磁，勵磁不可調節，無法調節氣隙磁場。作為發電機運行時，調壓困難。作為電動機運行時，弱磁較難。而DSEM勵磁損耗的存在和外特性較軟限制了其在很多場合的應用。近幾年來，將DSPM與DSEM進行合理的有機結合，綜合兩者的優點，避免各自的缺陷，從而最大限度地發揮兩者優勢成為十分迫切的研究課題，混合勵磁雙凸極電機（DSHEM）正是由此而提出來的。

俄羅斯學者首先提出了磁動勢并聯式的混合勵磁發電機，該電機電勵磁部分為爪極結構，附加氣隙長，電勵磁和永磁磁路耦合較強，控制復雜，而且漏磁較大[59]。T. A. Lipo等在DSPM的基礎上提出了一種條形磁鋼結構DSHEM，如圖1.18所示，可通過改變勵磁繞組中的電流調節氣隙磁場強度，實現電機弱磁擴速[60]。參考文獻[61]提出一種磁橋式DSHEM，通過對該電機的定量分析與研究，該課題組又提出了新型混合勵磁無刷電機，此電機既可實現電動運行，也可作為發電機運行。參考文獻[62]提出在鑲嵌有永磁體的定子外部環繞著由導磁材料和非導磁材料交錯放置構成的短路環，當非導磁材料與永磁體接觸時，由于非導磁材料磁阻很大，永磁磁鏈將像正常情況那樣穿過氣隙，與繞組耦合；而當導磁材料與永磁體接觸或完全接觸時，永磁體被短路，永磁磁鏈將部分通過導磁材料閉合。因此通過旋轉短路環，就可以實現電機弱磁擴速。參考文獻[63]提出了一種12/10極DSHEM，如圖1.19所示。該電機以傳統的DSPM為基礎，采用次級定子來容納勵磁繞組，新結構有著更好的空間利用率，并對不同轉子極數的DSHEM進行了對比分析，研究結果表明，所提出電機不僅具有更高的轉矩密度，而且具有更好的磁通調節能力。

圖1.18 條形磁鋼結構DSHEM

圖1.19 12/10極結構DSHEM

參考文獻[64]提出一種新型電動車用16/10極DSHEM，并與8/6極SRM進行仿真與實驗對比分析，所提出電機輸出轉矩較高、轉矩脈動更小。參考文獻[65]提出一種新結構DSHEM，該電機永磁體與勵磁繞組處于周向同一角度位置，永磁體下端設置飽和磁橋，通入合理的直流電流可增強或減弱氣隙磁通，從而有效地調節電磁轉矩和感應電動勢。總體上DSHEM在結構上相比于其他兩種雙凸極電機更復雜，同時存在磁場強耦合的問題。

南京航空航天大學陳海鎮教授在“九五”期間，提出了一種磁路獨立式混合勵磁同步發電機的結構，并完成了軟件設計，研制了試驗樣機。該電機結構是對俄羅斯學者方案的改進，減少了永磁和電勵磁磁路的耦合，但該電機電勵磁部分也為爪極結構，有附加氣隙多、輸出功率受轉子直徑的制約等不足。因此在研究現有混合勵磁電機結構的基礎上提出新的結構類型是十分迫切的。

混合勵磁電機較永磁電機，多了一個電機性能參數現場可控的環節，使它具有比現有永磁式和電磁式電機更優越的特性，它與電力電子變換器和數字控制器相結合，形成一類新的高效率電機系統。混合勵磁發電機既可在飛機、艦船和車輛中作為獨立的發電系統用，也可并網運行。混合勵磁電動機適合作節能驅動使用，而其中的寬調速系統可以在電動車輛、機床驅動和武器設備等高要求場合應用，其優越的技術性能是其他類型電機所不具備的。因此，混合勵磁電機及其控制系統的研究與開發不僅具有重要的理論意義，而且具有重要的工程應用價值。