永磁耦合器论文

永磁耦合器论文（精选7篇）

永磁耦合器论文 篇1

关键词：永磁无刷直流电机,电磁耦合器,三维磁场分布,控制,粒子群

0 引言

永磁无刷直流电机发电是根据电磁耦合器的电磁场感应特性，结合磁损耗抑制和无阻尼非线性约束方法进行智能控制，实现电能的稳定输出。永磁无刷直流电机的电磁耦合器是实现感应电能传输的重要器件，通过对电磁耦合器的优化控制设计，提高电磁耦合器的稳定性和输出增益，研究永磁无刷直流电机的电磁耦合器的优化控制方法，在电机优化设计中具有重要意义。

永磁无刷直流电机电能传输中使用的电磁耦合器，对永磁电机耦合器的稳定性要求较高，永磁无刷直流电机是一种多变量、非线性的强耦合系统，在其电磁耦合器控制过程中，需要构建多元的约束参量模型，通过分析电磁耦合器的输入输出的功率特性，结合等效电路设计，提高电机的输出增益。传统方法中，对永磁无刷直流电机的电磁耦合器的控制方法主要有基于模糊PID控制的电机控制方法、基于BP神经网络自适应误差修正的电磁耦合控制方法和基于Lyapunove稳定性控制原理的电机电磁耦合器控制方法等[1,2,3]。上述方法在进行电磁耦合器控制过程中，对无槽永磁电机的电力机械执行机构的阻抗和干扰没有进行有效抑制，导致控制性能不好。对此，相关文献进行了电机控制方法的改进设计，其中，文献[4]提出一种基于梯度优化算法的电机的电磁耦合器智能控制方法，采用蚁群觅食的仿生技术，进行控制算法改进，提高了电机的输出功率增益，该算法的计算开销较大，自适应收敛性不好。文献[5]提出一种基于基因遗传算法的无槽永磁无刷直流电机多约束控制方法，该控制系统在进行电机自动化控制过程中，受到的干扰较大，抗干扰性能不好。文献[6]给出的永磁无刷直流电机电磁耦合器控制方法采用共振激励控制方法，电磁共振在控制供电频率输出中出现励磁绕组失真。

针对上述问题，本文提出一种基于优化粒子群算法的电磁耦合器优化控制方法，首先进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的等效电路设计，然后构建电磁耦合器控制的约束参量模型，以输出电压增益、功率损耗与效率为约束参量构建控制目标函数，实现控制算法的改进，最后进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的优化设计。通过仿真实验进行了性能测试，表明了本文控制方法在提高电机的输出性能方面的优越性，得出有效性结论。

1 永磁无刷直流电机的电磁耦合器的等效电路设计与控制约束参量分析

1.1 永磁无刷直流电机的电磁耦合器的等效电路设计

为了实现对永磁无刷直流电机的电磁耦合器的优化控制，首先需要构建磁无刷直流电机的电磁耦合器的等效电路结构模型，平板式永磁无刷直流发电系统主要由感应电能组件、电磁耦合器、控制器和逆变器四大部分组成，无槽永磁无刷直流电机及参数示意图如图1所示。

图1所示的永磁无刷直流电机系统主要由电子元整流和滤波器件构成，不涉及机械部件，其中永磁无刷直流电机在谐振条件下永磁无刷极对数P，极弧系数β，磁极厚度lm，转子/定子轭轴向偏移漏感的厚度ly，电压增益磁导率μ0=4π×10-7H/m，μr1和μr2为两个固有谐振频率相等的线圈，绕组厚度lw、气隙长度lg，电磁共振式转子半径rr，供电频率Jcu，通过上述分析，得到永磁无刷直流电机的转矩可以表示为:

在永磁无刷直流电机的电磁耦合器中，对线圈的定位方法分离式结构，形成线圈序列，由于电磁耦合器的耦合系数低，功率因数小，电磁感应式电能传输能力弱，因此需要采用误差修正补偿技术进行电磁耦合控制，使系统的功率因数达到最大，提高对电机的输出功率控制效能[7]。根据上述设计思想，进行永磁无刷直流的电磁耦合器设计，得到无刷直流电机的感应电能传输原理图如图2所示，建立了互感耦合模型，得到带有电磁耦合补偿的“T”型等效电路如图3所示。

在上述建立无槽永磁无刷直流电机电磁耦合器的电能传输原理图和等效电路图的基础上，进行电磁耦合器的优化控制设计，采用电路分析方法计算等效登陆中的参数，构建控制约束参量模型，以进一步分析系统性能。

1.2 参数计算和控制约束参量分析

根据上述建立的电机参数模型和等效电路，进行永磁无刷直流电机的电磁耦合控制参量模型分析，在电机控制过程中，电机的功率损耗可以分为:电损耗、磁损耗和机械损耗。假设无槽永磁无刷直流电机的发射线圈电流有效值为Ip，则磁偶极子中电能传输的全磁场有效电流值Is，计算电磁转换过程中的铁心导磁率，共振线圈上输入有效电流值Ir，在电磁耦合器的偶极子的辐射磁矩一定时，计算得到负载Ro上电流有效值Io，有效电流值Ir，全磁场有效电流值Is分别为:

磁场强度随电磁耦合器分布的距离具有非线性递减的关系，为了使无刷直流电机得到的最大电磁转矩，在进行耦合器控制过程中，需要计算变化反射阻抗Zrl，为:

计算电枢反应和定/转子铁芯磁阻，在电磁耦合器的输入阻抗并联情况下，得到电机的永磁体和绕组的阻抗Zrl,Zsr,Zps分别为:

此时，在优化控制模型下，永磁无刷直流电机的输出功率为:

电机在旋转运动中，存在N个与磁场垂直的导体，此时电机的传输效率为:

其中h1=ω02M2srLl2+RsRrLl2+RsRoM2rl。根据上述计算的Rp和Rs的结果，分析电机输出的轴向偏移和径向偏芯，构建控制约束参量模型，以此为基础进行优化控制算法和控制器设计。

2 基于粒子群优化的控制算法及电磁耦合器优化设计

2.1 基于粒子群优化的控制算法

在上述构建的永磁无刷直流电机的电磁耦合器等效电路和控制约束参量模型的基础上，进行控制算法改进设计，传统的永磁无刷直流电机电磁耦合器控制方法采用共振激励控制方法，电磁共振在控制供电频率输出中出现励磁绕组失真，为了克服传统方法的弊端，本文提出一种基于优化粒子群算法的电磁耦合器优化控制方法，以输出电压增益、功率损耗与效率为约束参量构成[8,9,10]，电压增益、功率损耗与效率可以表示为:

其中

采用全波整流方法进行高频逆变筛选，计算电感Llp,Lls和Lm，令v=rωr,r=rr+lg,B=kβk1Bg,l=lskfkcAw/Ac，由此得到了控制目标函数为:

其中wp,wv,wc为转矩输出权重，P1=Pcu+Ph+Pe+Pb+Pw为电损耗、机械损耗与磁损耗之和，Vt为绕组厚度，C为电容。应用铜耗与电流密度成正比的关系，建立不等式约束方程，如Tem≥T*em，ωrmax≥ωr*，其中T*em，ωr*为要求的转矩和速度，采用粒子群寻优算法进行控制目标函数优化，得到电磁耦合器优化控制的粒子适应度磁密Bsy≤Bsyknee，绕组最大允许温升kflwJ2cu≤κ。根据全局自适应跟踪寻优，得到粒子适应度目标函数定义为:

其中ε为一个小的常数，表示电容的气隙，在电磁耦合器设计中，气隙可以尽量选择小，那么，电磁耦合器的电流密度矢量xi=(xi1,xi2，…，xiD)在最好位置为gbest，此时优化控制的输出fu(χ)定义为:

其中σ为一个较大的常数。对每一代粒子群，根据惯性权重进行局部搜索，得到电磁耦合器优化控制的迭代方程为:

其中w为磁损耗惯性权重，c1和c2为粒子进化的加速度常数，rand()和Rand()为两个在[0,1]范围里变化的随机值。通过上述控制算法改进设计，提高了电磁耦合器的控制性能。

2.2 电磁耦合器优化设计实现

根据上述对永磁无刷流电机电磁耦合器控制方法改进设计的基础上，采用IRPF260N型电路设计方法，建立等效电路模型设计电磁耦合器，基于粒子群优化控制后的电磁耦合器等效电路如图4所示。

图4中，采用磁滞损耗二极管搭建整流电路，电路各模块的阻抗分别为:

其中结合对直流电力高频交流电传输性能，有:

计算电机磁损耗，以控制电机的输出功率和电能传输效率，得到输出的功率损耗为:

由电机磁损耗可以计算出永磁无刷直流电机的输出效率:

通过上述设计，实现了永磁无刷直流电机的电磁耦合器优化控制，最后通过仿真实验进行性能测试和分析。

3 仿真结果和性能分析

为了测试本文设计的永磁无刷直流电机的电磁耦合器优化控制方法的性能，进行仿真实验。永磁无刷直流电机的稀土永磁材料的磁密在1.2到3.5之间取值，转矩输出为12 N·m电机转子在一定电流密度下的最大转速为1 024 rad/s，涡流损耗为涡流损耗，永磁无刷直流电机的电磁耦合其它参数设计如表1所示。

根据上述仿真环境和参量设置，采用有限元分析方法，进行仿真测试，得到永磁无刷直流电机的电磁耦合器三维磁场分布和轴向磁场分布如图5所示。

从图5可见，采用本文方法进行永磁电机的电磁耦合器控制设计，电磁耦合器的磁场分布均衡，系统功率和输出功率效率的增益能有效提高，提高了系统稳定性，为了定量分析本文方法的性能，采用本文控制模型和传统方法，在不同的偏芯偏移和负载电阻下，测试电机的效率、电流增益、电压增益和功率，得到仿真结果如图6所示。

从图6可见，采用本文方法进行永磁无刷直流电子的电磁耦合器优化控制设计，电机的电压增益稳定在6.0%以内，电压增益误差较小，输出电流增益稳定在90.5%，输出效率较高，输出功率增益较传统方法有明显的提升，仿真得出，采用本文控制方法和电磁耦合器设计，有效提高了电机系统的电流增益、电压增益和电能传输效率，稳定性好，鲁棒性较高，展示了较好的性能优越性。

4 结束语

通过对电磁耦合器的优化控制设计，提高电磁耦合器的稳定性和输出增益。对此，本文提出了一种基于优化粒子群算法的电磁耦合器优化控制方法，首先进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的等效电路设计，构建电磁耦合器控制的约束参量模型，以输出电压增益、功率损耗与效率为约束参量构建控制目标函数，实现控制算法的改进，进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的优化设计。研究表明，采用该控制算法和耦合器设计方法，能有效提高永磁无刷直流电机的输出稳定性，电机输出的电流增益、电压增益与输出效率较高，鲁棒性较好，在电机设计和优化中具有较好的应用前景。

参考文献

[1]AGUILA CAMACHO N,DUARTE MERMOUD M A,GALLEGOS J A.Lyapunov functions for fractional order systems[J].Communications in Nonlinear Science and numerical Simulation,2014,19(9):2951-2957.

[2]陆兴华,吴恩燊.基于安卓客户端的智能家居电力控制优化设计[J].电力与能源,2015,35(5):692-695.

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[4]王永旭,温渤婴.高压直流输电交流滤波器与交流系统最大并联阻抗的分析与计算[J].中国电机工程学报,2015,35(11):2703-2710.

[5]甄建军,张毅,胡光波.基于螺旋平面线圈的感应电能传输技术研究[J].电气自动化,2014,36(2):78-80.

[6]刘刚,肖烨然,孙庆文.基于改进反电势积分的永磁同步电机位置检测[J].电机与控制学报,2016,20(2):36-42.

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[8]张冀,徐科军.自动生成转速参考曲线的电动执行器定位方法[J].电子测量与仪器学报,2014,28(11):1222-1234.

[9]吕富勇,周瑞卿,阮世阳,等.高频磁场检测中采样保持器的设计及其性能分析[J].电子测量技术,2015,38(8):13-16.

稀土永磁不再吸金 篇2

2013年，尽管“稳增长”替代了“保增长”，但稀土行业的形势仍不容乐观。元旦刚过，赵孟光位于江西赣州的分厂便提前放假，直至二月二龙抬头，车间的开工率尚不足三成。而此时，中国稀土深加工企业也正集体经历着深重的危机。

暴涨神话

“中东有石油，中国有稀土”，这句话是邓小平同志讲的。讲这话的时候，中国稀土探明储量一度占全世界的90%。目前，全球80%～90%的稀土生产量和贸易量仍然由中国供给。

稀土有工业“维生素”的美誉。

而稀土永磁是指稀土金属和过渡族金属形成的合金经一定的工艺制成的永磁材料。其中，钕铁硼永磁体因磁能积高，被称为“永磁之王”，被广泛用于计算机、手机、汽车电话、磁悬浮列车、风电设备和新能源汽车等行业。

珠三角的商人大都听说过这么一句话：“广深高速一堵车，全球电子产品价格便会动荡。”珠三角的电子产品和配件，经由广深高速输送到香港和海外，24小时车流滚滚，川流不息。而稀土永磁厂也大多建在“珠三角”一带。

16年前，20岁的赵孟光，开始了他人生的第一份工作，仅仅6年的打工生涯就净赚300万！“那时稀土行业是人间名副其实的梦工厂，有点石成金的感觉”。2003年赵孟光在深圳建厂，后组建香港天利和集团出任董事长。

“2003到2011年是稀土永磁行业风生水起的几年，这几年在这个行业里傻子都可以挣到钱。”赵孟光介绍。36岁的他已经坐拥上亿元资产了。

2010—2011年，这个行业的暴涨神话可谓登峰造极。以稀土金属钕为例，当时一天可涨5万元，最高价一度为160万元一吨。另一材料镝铁的价格最高达1300万元一吨。稀土从“白菜价”到“白银价”，以天利和集团为代表的众多钕铁硼企业品尝到了“飞涨”的稀土价格所带来的甜头。

为了纪念这段历史赵孟光甚至把自己的网名都改成了“让稀土飞”！

天利和集团目前是国内最大的专业从事研发、生产、销售钕铁硼的生产厂家。“但现在，像我们这样技术成熟的企业也步履艰难。” 赵孟光告诉《中国经济周刊》。

稀土不稀？

然而，火爆的行情下却隐藏着危机。 2011年以来，各地游资纷纷开始进入市场，对稀土原矿和成品进行炒货、囤货。各地成立的稀土交易所几乎形同虚设，似乎从来没有在交易所交易过。

“我们原来利润率是30%，现在几近零利润。更有些公司为了生存，销售价低于成本价在卖，目前已经是‘稀土不稀’了。”赵孟光无奈地感叹。

从2012年到现在，稀土价格一直处于下跌状态。不仅如此，我国稀土企业正面临着来自国外稀土产能释放的压力。

资料显示，稀土金属镧、铈、镨、钕、铽以及金属镝的价格近来均有大幅下跌。价格下跌的同时，来自海外的压力也不可忽视。随着国际金融危机的持续，多家稀土永磁企业称，公司订单减少了很多。

外行人眼中的朝阳产业，现在却成夕阳西下。“我们的钕铁硼市场销售的纯利均同比下滑70%以上，像我们这样规模的企业现在已是骑虎难下。如今，稀土深加工企业开工率能到50%就很不错了。”最令赵孟光感到担心的是，接下来几年稀土永磁产业的市场增长空间并不明朗。

2011到2012年，珠三角和江浙地区的电子制造业发展迅猛，对稀土永磁材料需求随之扩张。短短两年，珠三角的切片机由2000台左右迅速发展到了上万台！江浙地区的切片机则从1万台左右扩充到了约4万台。

“比如珠三角、江浙一带，作坊式的小工厂如雨后春笋一样冒出来，规模小的工厂切片机只有10多台。低水平的扩张导致整个行业的产能严重过剩。”赵孟光感叹道，“这对整个行业伤害最深。”

多位业内人士对《中国经济周刊》坦言：“和正规的稀土永磁生产企业相比，这些游离在监管之外的小工厂更具竞争力。一方面，这些小工厂可以不受场地限制、政府监管；另一方面，稀土冶炼和生产不受‘指令性生产计划’的约束，也节省了环保设备方面的花销，即使把价格压得很低，利润也相当可观。”

虽然近年来我国稀土行业不断地出台整合政策，但像天利和集团这样生产稀土永磁的民营企业根本无法享受到国家稀土扶持基金和银行免息贷款。

“国家稀土扶持基金设的门槛比较高。要求专利、税收等硬性指标。而银行也借着稀土行业不景气的理由，限制贷款。”赵孟光对未来的发展并不乐观。

走出困境靠科技进步

过山车似的价格波动，让政府开始对这个行业进行产业规划。江西、内蒙古等稀土主产省区先后规划了动辄上千亿元的产业园区，不仅规划了大量的冶炼分离厂，还有不少的深加工企业。

2010年，赵孟光正是看中了江西赣州稀土资源和配套设施的成本优势，天利和集团在赣州投资1.28亿，配置全自动线切割机器设备100多台，全自动的钕铁硼电镀生产流水线，年生产钕铁硼成品可达2000吨。

赵孟光认为在困境面前，企业也是有发展创新的动力：“越是困难，就越是有生存的渴望。”

为了应对困境，赵孟光开始开拓销售渠道，在深圳总部的营销队伍不断出国考察参加展会。他同时还在香港设立公司，掌握独立的进出口权，打造国际化发展平台，提高竞争力。

在他看来，稀土生产企业到了整理思路的时候了：“在经济发展的时候，我们来不及做调整来不及学习，可能还存在一些缺点。”

污染是稀土行业一大痼疾。钕铁硼成品需要表面电镀，有电镀就有污染。天利和集团以“打造磁铁绿色生产基地，创建全国首家样板车间”为目标，依托工业园区内的电镀工业集中处理中心，投资建立了全自动电镀生产线。无论是生产设备还是工艺流程都做到无尘无烟、环保节能。

“更规范的生产模式，可能是稀土生产企业未来的生存资本。在困境面前，我们只能选择科技进步。未来利润的大小将只取决于产品的科技含量和管理水平。”赵孟光说。

永磁耦合器论文 篇3

矢量控制是交流电机的一种高性能控制技术，最早由德国学者Blaschke 提出。其基本思想是根据坐标变换理论将交流电机两个在时间相位上正交的交流分量转换为空间上正交的两个直流分量，从而把交流电机定子电流分解成励磁分量和转矩分量两个独立的直流控制量，分别实现对电机磁通和转矩的控制，然后再通过坐标变换将两个独立的直流控制量还原为交流时变量来控制交流电机，大大提高了调速的动态性能。随着新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机（PMSM）成为近年来发展较快的一种电机。它具有气隙磁密度高、转矩脉动小、转矩/ 惯量比大的优点，与传统的异步电机相比，节能效果明显、效率高、结构轻型化、维护容易、运行稳定、可靠性高、输出转矩大，得到了越来越广泛的应用和重视，是目前交流伺服系统中的主流电机。永磁同步电机的数学模型

永磁同步电机模块可工作于电动机方式或发电机方式，运行方式由电机电磁转矩符号决定（为正则是电动机状态，为负则是发电机状态）。对永磁同步电机模型作如下假设：不考虑铁心饱和，忽略端部效应；涡流损耗、磁滞损耗忽略不计；定子三相电流产生的空间磁势及永磁转子的磁通分布呈正弦波形状，忽略磁场的高次谐波；不考虑转子磁场的突极效应；永磁材料的电导率为零，永磁体的磁场恒定不变。运用坐标变换理论，可以得到在同步旋转的两相坐标系下（d-q）的永磁同步电机的数学模型。

电压方程为：

udRidPdq

uqRiqPqd

定子磁链方程为：

dLdidf

qLqiq

电磁转矩方程为：

Tenp(iqdidq)

式中：ud、uq、id、iq、d、q分别为d-q 轴上的定子电压、电流和磁链分量；R 为电机定子绕组电阻；Ld和Lq分别为永磁同步电机d-q 轴上的电感；f为永磁体在定子上产生的耦合磁链；ω 为d-q 坐标系的旋转角频率；Te为电机电磁转矩；np为磁极对数；p 为微分算子。空间电压矢量PWM 控制方法

空间矢量PWM（SVPWM）是近年来的一个研究热点。采用SVPWM 设计逆变器，可以大大减少开关动作次数，并且有利于数字化实现。空间矢量（SVPWM）法也称为磁链追踪型PWM 法或磁通正弦PWM 法，磁链追踪型PWM 法从电动机的角度出发的，着眼于如何使电动机获得幅值恒定的圆形旋转磁场。空间矢量法是一种无反馈型工作模式，它是以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁链圆为基准，用逆变器不同的工作模式所产生的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，由追踪的结果决定变频器的开关模式，形成PWM波。空间矢量法是目前国际上比较先进的变频调速控制模式，由于其供给电动机的是理想磁链圆，因此，电压谐波分量少，转矩脉动小，电动机工作比其他方式更平稳，噪音更低，同时也提高了电动机的工作效率及电源电压的利用效率。

三相逆变器的6只开关管可形成8 种基本的电压空间矢量，它包括6 个有效电压空间矢量V1~V6和2个零电压空间矢量V0、V7。PMSM 矢量变换控制方法

由其数学模型可知，永磁同步电机是一个非线性的控制对象，且d 轴电流分量id和q 轴电流分量iq之间存在耦合，为使永磁同步电机具有和直流电机一样的控制性能，通常采用id=0 的线性化解耦控制，即始终控制定子电流矢量位于q 轴上，和转子磁链矢量正交。

Tenpfiq

式中：f为一个恒定的值，只要保证定子电流与d轴垂直，就可以通过q轴电流分量iq快速控制电磁转矩，达到与直流电机同样的控制性能。

矢量控制的基本思想是将交流电机模拟成直流电机的控制规律进行控制。首先，通过电机轴上安装的编码器检测出转子的位置，并将其转换成电角度和转速，给定转速和反馈转速的偏差经过速度PI调节器计算得到定子电流参考输入iq*。定子相电流ia和ib通过相电流检测电路被提取出来，然后用Clarke变换将它们转换到定子两相坐标系中，使用Park 变换再将它们转换到d、q 旋转坐标系中。坐标系中的电流信号再与它们的参考输入id*和iq*相比较，其中id*=0，通过电流PI 控制器获得理想的控制量。控制信号再通过Park 逆变换，经过SVPWM产生6路PWM 信号并经逆变器控制电机转速和转矩。PMSM 矢量控制系统仿真

MATLAB下的Simulink和SimpowerSystems包括各种功能模块，容易实现永磁同步电机矢量控制系统的仿真建模，直观而且无需编程，使系统设计从方案论证到硬件设计更为便捷，大大缩短了系统设计的时间。在Matlab7.0的Simulink环境下，搭建了采用iq=0的矢量控制双闭环系统仿真模型。PMSM系统建模仿真的整体结构包括PMSM本体和三相电压型逆变器模块（Simulink的SimpowerSystems库中已提供）、坐标变换模块以及SVPWM生成模块，按照转子磁场定向原理搭建的PMSM 控制系统模型如图1所示。

图1 PMSM控制系统仿真模型

其中SVPWM 的算法分析及仿真系统如下。

扇区号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ重新定义为Ⅲ、Ⅰ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅱ后，根据下式计算扇区号N。

Nsign(V)2sign(Vsin60)Vsin304sign(Vsin60Vsin30)

为了便于SVPWM 算法的实现，定义如下变量：

X3VT/VDC

Y(33VV)T/VDC 2233VV)T/VDC 22Z(对于不同的扇区T1、T2，按表1 取值。

在仿真程序中，T1、T2 赋值后还要对其进行饱和判断，为了防止T1+T2>T 而发生饱和，设定若饱和发生则：

t1t2t1TPWM

t1t2t2TPWM

t1t2在一般的情况下，T1+T2

Ta(TT1T2)/4

TbTaT1/2 TcTbT1/2

则在不同的扇区内根据表2 对微控制器或数字信号处理器的比较寄存器Tcm1、Tcm2、Tcm3进行赋值，就可得到所需的电压空间矢量脉宽调制波形。

将上述模块连接生成SVPWM 整体模型，如图2 所示。

图2 SVPWM整体仿真模型 仿真结果及分析

仿真算法使用Matlab7.0 中Simulink 环境下的Variable-step，最大步长设为1e-6。给定PWM 周期TPWM = 0.1ms，逆变器直流母线电压400 V，PMSM 电机参数设置为：电机功率P = 1.2 kW，定子相绕组电阻R=2.875Ω，定子d、q 相绕组电感Ld=Lq=8.5 mH，转动惯量J=0.008 kg·m2，极对数p=4。在t=0时刻，给电机加负载转矩T=0起动，给定转速为600 rad/s；在t=0.05时刻，给定转速变为1000rad/s;在t=0.1时刻，负载转矩T=2N·m，仿真时间为0.2s。图3-给出了仿真实验波形。

图3 三相电流波形

图4 转速波形

图5 转矩波形

6.结论

永磁耦合器论文 篇4

2009年06月26日

烧结钕铁硼系永磁材料是用粉末冶金方法制造的。其工艺流程如下：

原材料准备→冶炼→铸锭→破碎与制粉→磁场取向与压型→烧结→回火→机加工与表面处理→检测。下面按工艺流程的顺序简介其工艺原理。

烧结钕铁硼系永磁材料的磁性能主要由Nd2Fe14B基体相来决定的。因为其磁极化强度Js(Js=μ0Ms，Ms为饱和磁化强度)和各向异性场HA主要取决于Nd2Fe14B相的化学成分。虽然剩磁Br、矫顽力Hci和磁能积(BH)max是组织敏感量，但Br的极限值是Js，Hci的极限值是HA，(BH)max的极限值是(Js2)/4μ0，所以合金成分设计和原材料选择是至关重要的。

熔炼的目的是将纯金属料(Fe、Nd、B-Fe、Dy、A1、Nb、Co、Cu等)熔化，并确保(1)所有的金属料熔清。纯Fe和金属Nd等的熔点较高，应设法使它们完全熔清；(2)合金的设计成分准确。造成成分不准确的原因是金属的挥发和氧化损失(总称烧损)。为此一般采用真空感应炉熔炼，真空度应达10-2～10-3Pa以上；(3)保证合金成分均匀；(4)确保合金干净，防止夹杂物和气体污染。

铸锭组织不仅对制粉、取向、烧结工艺，而且对粉末性质和最终烧结磁性能均有重要影响。没有优良的铸锭组织，就不可能制造出高性能烧结永磁体。铸锭组织是制约磁体性能的关键技术之一。良好的铸锭组织应是：柱状晶生长良好，其尺寸细小，富Nd相沿晶界均匀分布，但不得有大块的富Nd相，以及不存在α-Fe晶体。铸锭凝固是一个形核长大的过程。在结晶过程中，形核率越大，将有更多的晶核同时成长。这样，得到的片状晶尺寸会更细小。为了制造高性能Nd-Fe-B系永磁体，将铸锭组织的片状晶尺寸控制在5μm以下是较为理想的。

制粉目的是将大块合金锭破碎成一定尺寸的粉末。包括粗破和磨粉两个工艺过程。粗破碎方法有两种：一种是氢破碎(HD)，另一种是机械破碎。将粗破后的246μm～175μm(60～80目)的中等粉末研磨至3～4μm细粉，该种磁粉绝大多数为单晶体。一般采用球磨制粉或气流磨制粉两种方法。球磨制粉有滚动球磨、振动磨、高能球磨等。气流磨制粉是利用气流将粉末颗粒加速到超音速，使之相互对撞而破碎。目前生产规模较小的厂家用滚动球磨，多数Nd-Fe-B生产厂采用气流磨制造磁粉。

粉末磁场取向是制造高性能烧结Nd-Fe-B永磁体的又一关键工艺技术之一。烧结Nd-Fe-B系永磁体的磁性能主要来源于具有四方结构的Nd2Fe14B基体相，它是单轴各向异性晶体，c轴为易磁化轴，a轴为难磁化轴。对于单晶体来说，当沿其易磁化轴磁化时，有最大的剩磁Br=μ0Ms。如果烧结永磁体的各个粉末颗粒的c轴是混乱取向的，则得到的是各向同性磁体，Br=μ0Ms/2=Js/2，这是最低的。如果使每一个粉末颗粒的易磁化方向(c轴)沿相同方向取向，制成各向异性磁体，则沿粉末颗粒c轴取向的方向有最大的剩磁。在制粉阶段得到的3～5μm的粉末颗粒，一般来说它们是单晶体，但不是单畴体，所以粉末颗粒在磁场中的取向分两个阶段完成。第一阶段是各个粉末颗粒变成单畴体。第二阶段是磁畴内的磁矩转动过程。

粉末压形有两个目的：(1)将粉末压制成一定的形状与尺寸的压坯；(2)保持在磁场取向中所获得的晶体取向度。目前，普遍采用的压形方法有三种，即模压法、模压加冷等静压、橡皮模压(加冷等静压)。也可分为干压和湿压两种。

烧结过程是将Nd-Fe-B粉末压坯加热到粉末基体相熔点以下的温度约(0.70～0.85)T熔，进行保温处理一段时间。目的是提高压坯密度，改进粉末颗之间的接触性质，提高强度。使磁体具有高永磁性能的显微组织特征。烧结可粗略地分为固相烧结和液相烧结。

永磁同步电机控制策略 篇5

永磁同步电机的材料组成是交流电机，应用激磁磁极转子这种高性能永磁材料，因此，其控制系统与普通同步电机不同，并且，电机的机械结构也不相同。因此，永磁同步电机的气隙磁密较高，而且，具有较小的转矩脉动，但转矩/惯量比较大，所以，与普通电机相比效率极高。因上述诸多优点，永磁同步电机应用范围逐渐扩大，应用领域包括高性能机床进给控制、位置控制和机器人等。为了能够更好的使永磁同步电机发挥出作用，就需要对永磁同步电机有一定的了解，并对其控制策略进行探讨。

永磁同步电机原理

永磁同步电机原理是，三相电流通入在电动机的定子绕组，使旋转磁场形成于電动机定子绕组中，因为转子上安装了永磁体，而永磁体的具有固定的磁极，磁极同性相吸异性相斥，因此，定子中的旋转磁场会影响转子，带动其进行旋转，最终，转子会和定子中产生的旋转磁极具有相同的旋转速度，所以，永磁同步电机启动过程可以看做是异步启动阶段和牵入同步阶段共同组成的。

永磁同步电机结构

永磁同步电机的组成是由转子、端盖和定子等部件。通常来说，永磁同步电机与普通感应电机结构十分相似是其最大的特点，而与其他电机的区别则在于其转子结构具有独特性。因为，永磁同步电机的转子上有质量较高的永磁体刺激。根据永磁安放位置的不同，可以将永磁同步电机分为内嵌式、面贴式和插入式三大类，具体如图1所以。

永磁同步电机控制策略

恒压频比控制。恒压频比控制是通过开关控制使电机运转维持一定的转速，简单来说，就是按照系统给定，通过空间矢量脉宽调制转化成理想的输出。恒压频比控制应用的依据是对电机稳态进行模拟，得到的是不理想的动态控制系统性能。因此，如果想获得动态性能较高，就需要数学模拟电机动态。永磁同步电机的动态数学模型较为复杂，是非线性、多变量的，其中包括角速度和电力的乘积项，因此，必须采用对角速度和电流解耦的方式才能够使控制性能更加精准。最近几年，为了能够更好的解决永磁同步电机非线性特定这一问题，已经对各种非线性控制器进行了研究。

矢量控制方案。F.Blaschke是德国西门子公司，该公司于1971年首次提出矢量控制原理，自提出起便被广泛关注，并且，对其理论和应用等方便都展开了较为深入的研究。简单来说，矢量控制就是利用普通的三相交流电机，对直流电机转矩的控制规律进行模拟，也就是说，把三相交流电机的定子电流进行分解，得出励磁电流和转矩电流的分量，并在磁场定向坐标上垂直的对励磁电流分量和转矩电流分量进行标记，使其独立后，分别的对其进行调节。通过这样的方式就使得交流电机与直流电机在转矩控制原理和特性上基本一致。而在进行矢量控制时，需要格外注意的就是定子电流幅值和空间位置的控制。矢量控制是以改善转矩控制性能为目的，以定子电流控制为最终的实施方式。因为，定子测的物理量均为交流量，所以，空间矢量在空间旋转是同步转速，这样十分不便于调节、控制和计算。所以，此时坐标变换十分有必要，这样能够将各物理量由静止转换到同步旋转坐标系。该准则是产生同样的旋转电动势，三相静止坐标系将交流电iA、1B和ic进行3/2变换以及d B/dp变换，便能够等效成同步旋转坐标系下的直流电1d、iq，观察者如果和旋转坐标系旋转速度相同，那么，就能够看到直流电机。

矢量控制方案也存在一定的不足，因为，矢量控制方案针对交流伺服电机控制较为有效，但由于需要矢量旋转变换，所以该方式较为复杂，而且，与电磁常数相比，电机的机械常数较慢，质量控制的中转矩相应速度不够。

直接转矩控制。直接转矩控制是由上世纪80年代德国学者Depenbrock提出，其优点是结构简单、转矩相应快等，更好的解决矢量控制中存在的问题。直接转矩控制采取定子磁链定向的方式，因此，不需要解耦控制和电流反馈，而是，通过离散的两点式控制对电机定子磁链和转矩进行调节。通过直接转矩控制可以使磁链和转矩双闭环控制得到实现。当电机的磁链和转矩值获得之后，便能够对永磁同步电机进行直接转矩控制。图2为永磁同步电机直接控制方案结构图，其组成是永磁同步电机、逆变器、转矩估算、磁链估算和电压矢量切换开关表等环节，其中的uD、uQ，iD、iQ是静止DQ坐标系下电压、电流分量。

永磁耦合器论文 篇6

稀土永磁材料是指稀土金属和过渡族金属形成的合金经一定的工艺制成的永磁材料。稀土永磁材料已在机械、电子、仪表和医疗等领域获得了广泛应用。

中国报告网发布的《2012-2016年中国稀土永磁材料产业全景调研与未来前景预测报告》共十二章。首先介绍了稀土永磁材料相关概述、世界永磁材料产业运行态势，接着分析了中国稀土永磁材料产业发展的现状，然后介绍了中国稀土永磁材料市场运行、中国稀土永磁材料新兴应用领域市场需求。随后，报告对中国稀土永磁材料做了重点企业经营状况分析，最后分析了中国稀土永磁材料产业发展前景与投资预测。您若想对稀土永磁材料产业有个系统的了解或者想投资稀土永磁材料行业，本报告是您不可或缺的重要工具。

本研究报告数据主要采用国家统计数据，海关总署，问卷调查数据，商务部采集数据等数据库。其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国家统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。目 录

第一章 稀土永磁材料相关概述 1 第一节 永磁材料产业概况 1

一、永磁材料特性 1

二、永磁材料的发展历程 4

三、常用的永磁材料 4

1、铝镍钴系永磁合金 4

2、铁铬钴系永磁合金 5

3、永磁铁氧体 5

4、复合永磁材料 5 第二节 稀土永磁材料阐述 5

一、稀土永磁技术指标、性能、规格 5

二、稀土永磁材料分类 8

三、稀土永磁材料制备工艺 8

第二章 2011年世界永磁材料产业运行态势分析 11 第一节 2011年世界永磁材料运行环境 11

一、经济环境及影响 11

二、世界制造业、新材料产业中心向中国转移 15 第二节 2011年世界永磁材料产业总况 16

一、世界永磁材料业亮点分析 16

二、国外永磁材料生产概况 17

三、全球ND-FE-B稀土永磁材料产业的发展分析 18

四、主要国家永磁材料产业分析 19

五、世界钕铁硼永磁材料应用情况分析 19 第三节 2012-2016年世界永磁材料前景预测分析 20 第三章 2011年中国磁性材料整体运行态势分析 21 第一节 2011年中国磁性材料行业发展概况 21

一、我国磁性材料行业发展的有利条件 21

二、我国磁性材料工业发展概述 21

三、国内磁性材料产业发展规模 22 第二节 2011年中国磁性材料高端市场运行格局分析 24

一、我国磁性材料产品开始分割高端市场 24

二、中国磁性材料行业备战高端市场分析 25

三、磁性材料市场高档产品逐渐形成竞争力 25

四、未来高档磁性材料将快速发展 26 第三节 2011年中国磁性材料行业发展的机遇与挑战 26

一、磁性材料行业发展的两大机遇 26

二、我国磁性材料行业发展的制约因素 27

三、国内磁性材料工业的四大困境 28

四、国内磁性材料企业面临的挑战 28 第四节 2011年中国磁性材料行业的发展对策 29

一、我国磁性材料行业发展的两大战略 29

二、中国磁性材料产业发展策略 31

三、国内磁性材料市场发展建议 31

四、我国磁性材料企业发展对策 32

第四章 2011年中国稀土永磁材料产业发展形势分析 34 第一节 稀土永磁材料发展概况 34

一、中国稀土永磁材料产业链的发展 34

二、稀土永磁材料凸显重要地位 38

三、稀土永磁材料发展科技成果 39 第二节 2011年中国稀土永磁材料现状综述 47

一、稀土永磁材料——节能急先锋，低碳显身手 47

二、稀土永磁材料研发及应用进展 48

三、稀土永磁材料发展技术水平50

四、中国重点企业募资扩产稀土永磁材料分析 51

五、“高性能稀土永磁材料的产业化”项目获资助 55

六、赣州已成为全国最大的永磁材料生产基地 55 第三节 2011年中国稀土永磁材料发展存在的问题及对策 56 第五章 2009-2011年中国稀土永磁材料行业数据监测分析 61 第一节 2009-2011年中国稀土永磁材料行业总体数据分析 61

一、2009年中国稀土永磁材料行业全部企业数据分析 61

二、2010年中国稀土永磁材料行业全部企业数据分析 62

三、2011年中国稀土永磁材料行业全部企业数据分析 64 第二节 2009-2011年中国稀土永磁材料行业不同规模企业数据分析 65

一、2009年中国稀土永磁材料行业不同规模企业数据分析 65

二、2010年中国稀土永磁材料行业不同规模企业数据分析 66

三、2011年中国稀土永磁材料行业不同规模企业数据分析 66 第三节 2009-2011年中国稀土永磁材料行业不同所有制企业数据分析 67

一、2009年中国稀土永磁材料行业不同所有制企业数据分析 67

二、2010年中国稀土永磁材料行业不同所有制企业数据分析 67

三、2011年中国稀土永磁材料行业不同所有制企业数据分析 68

第六章 2011年中国稀土永磁材料市场运行探析 69 第一节 2011年中国稀土永磁材料市场分析 69

一、稀土永磁材料成本分析 69

二、稀土永磁钕铁硼需求结构 70

三、稀土永磁钕铁硼市场需求量 71

四、稀土永磁材料供给分析 71 第二节 2011年中国稀土永磁材料发展的高端走向 72

一、我国稀土永磁材料将向高附加值产品倾斜 72

二、原料成本上升推动中国稀土永磁材料向高端产品靠拢 72

三、未来中国将在高性能钕铁硼永磁材料市场中占据主导地位 74 第七章 2011年中国稀土永磁材料新兴应用领域市场需求分析 75 第一节 风电电机市场 75

一、2011年中国风电电机市场深度研究 75

二、2011年中国稀土永磁材料应用规模分析 77

三、风电市场产业前景及对稀土永磁材料需求预测分析 78 第二节 新能源汽车 79

一、2011年中国新能源汽车产业动态 79

二、2011年中国稀土永磁材料应用规模 81

三、稀土永磁材料在新能源汽车应用前景预测分析 82 第三节 节能家电领域 82

一、2011年电梯市场动态分析 82

二、2011年稀土永磁材料应用规模 84

三、稀土永磁材料在节能家电领域应用前景预测分析 85 第四节 其他领域需求平稳 87

第八章 2011年中国稀土永磁材料顶尖企业运行关键性财务指标分析 91 第一节 北京中科三环高技术股份有限公司（000970）91

一、企业概况 91

二、企业主要经济指标分析 92

三、企业盈利能力分析 93

四、企业偿债能力分析 94

五、企业运营能力分析 95

六、企业成长能力分析 95 第二节 宁波韵升股份有限公司（600366）96

一、企业概况 96

二、企业主要经济指标分析 97

三、企业盈利能力分析 98

四、企业偿债能力分析 99

五、企业运营能力分析 100

六、企业成长能力分析 100 第三节 太原双塔刚玉股份有限公司（000795）101

一、企业概况 101

二、企业主要经济指标分析 102

三、企业盈利能力分析 103

四、企业偿债能力分析 104

五、企业运营能力分析 105

六、企业成长能力分析 105 第四节 中钢集团安徽天源股份有限公司（002057）106

一、企业概况 106

二、企业主要经济指标分析 107

三、企业盈利能力分析 109

四、企业偿债能力分析 109

五、企业运营能力分析 110

六、企业成长能力分析 111 第五节 安泰科技股份有限公司（000969）111

一、企业概况 111

二、企业主要经济指标分析 112

三、企业盈利能力分析 113

四、企业偿债能力分析 114 6

五、企业运营能力分析 115

六、企业成长能力分析 115

第九章 2011年中国稀土永磁材料重点企业运行竞争性财务指标分析 117 第一节 深圳市金科特种材料股份有限公司 117

一、企业概况 117

二、企业主要经济指标分析 117

三、企业盈利能力分析 118

四、企业偿债能力分析 118

五、企业运营能力分析 119

六、企业成长能力分析 119 第二节 苏州瑞泰新金属有限公司 120

一、企业概况 120

二、企业主要经济指标分析 120

三、企业盈利能力分析 121

四、企业偿债能力分析 121

五、企业运营能力分析 121

六、企业成长能力分析 122 第三节 太原市通力高能永磁有限公司 122

一、企业概况 122

二、企业主要经济指标分析 122

三、企业盈利能力分析 123

四、企业偿债能力分析 123

五、企业运营能力分析 124

六、企业成长能力分析 124 第四节 绵阳西磁磁业有限公司 124

一、企业概况 124

二、企业主要经济指标分析 124

三、企业盈利能力分析 125

四、企业偿债能力分析 125

五、企业运营能力分析 126

六、企业成长能力分析 126 第五节 余姚市三高磁材有限公司 127

一、企业概况 127

二、企业主要经济指标分析 127

三、企业盈利能力分析 128

四、企业偿债能力分析 128

五、企业运营能力分析 129

六、企业成长能力分析 129 第六节 浙江天女集团稀土永磁有限公司 129

一、企业概况 129

二、企业主要经济指标分析 130

三、企业盈利能力分析 131

四、企业偿债能力分析 131

五、企业运营能力分析 131

六、企业成长能力分析 132 第七节 北京麦格特磁性材料有限公司 132

一、企业概况 132

二、企业主要经济指标分析 132

三、企业盈利能力分析 133

四、企业偿债能力分析 133

五、企业运营能力分析 134

六、企业成长能力分析 134 第八节 金坛市磁性材料有限公司 134

一、企业概况 134

二、企业主要经济指标分析 134

三、企业盈利能力分析 135

四、企业偿债能力分析 135

五、企业运营能力分析 136

六、企业成长能力分析 136

第九节 无锡市稀土永磁厂 137

一、企业概况 137

二、企业主要经济指标分析 137

三、企业盈利能力分析 138

四、企业偿债能力分析 138

五、企业运营能力分析 138

六、企业成长能力分析 139

第十章 2011年中国稀土永磁材料上游产业运行分析——稀土产业 140 第一节 2011年中国稀土资源分析 140

一、稀土用途 140

二、国内稀土资源储量及分布 141

三、国内稀土资开发利用情况 143 第二节 2011年中国稀土产业现状综述 143

一、稀土产业良性发展资源“逼”向深加工 143

二、中国稀土科技进步 145

三、我国稀土联盟显现“欧佩克效应” 147

四、稀土指令性生产计划仍将缩减 150

五、稀土萃取分离企业分析 151 第三节 2011年中国稀土市场动态分析 158

一、我国稀土市场运行回顾 158

二、中国稀土市场遭遇尴尬 161

三、中国稀土市场新格局悄然形成 163

四、2011年中国稀土市场价格分析 164

五、稀土行业项目建设情况 167

第十一章 2012-2016年中国稀土永磁材料产业发展前景预测分析 169 第一节 2012-2016年中国磁性材料产业前景预测分析 169

一、磁性材料行业的发展方向 169

二、中国磁性材料市场预测 176

三、中国各领域对磁性材料市场需求巨大 176

第二节 2012-2016年中国稀土永磁材料市场前景预测 177

一、稀土永磁材料市场规模预测分析 177

二、稀土永磁材料市场供需预测分析 178

三、稀土永磁材料进出口贸易预测分析 179

第十二章 2012-2016年中国稀土永磁材料投资战略研究 180 第一节 2011年中国稀土永磁材料产业投资概况分析 180

一、中国稀土永磁材料投资环境分析 180

二、中国稀土永磁材料投资与在建项目分析 183

三、低碳经济下中国稀土永磁材料投资影响 184 第二节 2012-2016年中国稀土永磁材料产业投资机会分析 185

一、永磁材料投资吸引力分析 185

二、永磁材料产业细分产品投资热点分析 187 第三节 2012-2016年中国稀土永磁材料产业投资风险分析 189

一、市场竞争风险分析 189

二、政策风险分析 190

三、进入退出风险分析 190

四、环境风险 190 第四节 专家投资建议 191

中国报告网发布的《2012-2016年中国稀土永磁材料产业全景调研与未来前景预测报告》共十二章。内容严谨、数据翔实，更辅以大量直观的图表帮助本行业企业准确把握行业发展动向、正确制定企业竞争战略和投资策略。本报告依据国家统计局、海关总署和国家信息中心等渠道发布的权威数据，以及我中心对本行业的实地调研，结合了行业所处的环境，从理论到实践、从宏观到微观等多个角度进行研究分析。它是业内企业、相关投资公司及政府部门准确把握行业发展趋势，洞悉行业竞争格局，规避经营和投资风险，制定正确竞争和投资战略决策的重要决策依据之一。本报告是全面了解行业以及对本行业进行投资不可或缺的重要工具。

永磁耦合器论文 篇7

Kerr介质中压缩真空场与耦合双原子依赖强度耦合系统的光子统计性质

研究了存在Kerr介质时依赖强度耦合单模压缩真空场与耦合双原子非共振相互作用系统中光子的`统计性质,运用数值方法讨论了系统参数对光子统计性质的影响.结果表明:Kerr介质、失谐量、原子间相互作用、光场初始压缩因子和原子的初始状态对光子的统计性质有较大的影响.

作 者：方家元 黄春佳 唐立军 孔凡志 FANG Jia-yuan HUANG Chun-jia TANG Li-jun KONG Fan-zhi 作者单位：长沙理工大学物理与电子科学学院,长沙,410077刊 名：原子与分子物理学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS年，卷(期)：200724(6)分类号：O431.2关键词：量子光学 Kerr介质 非共振相互作用 依赖强度耦合 光子统计性质