1.2.4 混合励磁双凸极电机的研究进展

DSPM和DSEM均存在各自的优点，也存在各自的缺陷，DSPM的永磁体一旦充磁，励磁不可调节，无法调节气隙磁场。作为发电机运行时，调压困难。作为电动机运行时，弱磁较难。而DSEM励磁损耗的存在和外特性较软限制了其在很多场合的应用。近几年来，将DSPM与DSEM进行合理的有机结合，综合两者的优点，避免各自的缺陷，从而最大限度地发挥两者优势成为十分迫切的研究课题，混合励磁双凸极电机（DSHEM）正是由此而提出来的。

俄罗斯学者首先提出了磁动势并联式的混合励磁发电机，该电机电励磁部分为爪极结构，附加气隙长，电励磁和永磁磁路耦合较强，控制复杂，而且漏磁较大[59]。T. A. Lipo等在DSPM的基础上提出了一种条形磁钢结构DSHEM，如图1.18所示，可通过改变励磁绕组中的电流调节气隙磁场强度，实现电机弱磁扩速[60]。参考文献[61]提出一种磁桥式DSHEM，通过对该电机的定量分析与研究，该课题组又提出了新型混合励磁无刷电机，此电机既可实现电动运行，也可作为发电机运行。参考文献[62]提出在镶嵌有永磁体的定子外部环绕着由导磁材料和非导磁材料交错放置构成的短路环，当非导磁材料与永磁体接触时，由于非导磁材料磁阻很大，永磁磁链将像正常情况那样穿过气隙，与绕组耦合；而当导磁材料与永磁体接触或完全接触时，永磁体被短路，永磁磁链将部分通过导磁材料闭合。因此通过旋转短路环，就可以实现电机弱磁扩速。参考文献[63]提出了一种12/10极DSHEM，如图1.19所示。该电机以传统的DSPM为基础，采用次级定子来容纳励磁绕组，新结构有着更好的空间利用率，并对不同转子极数的DSHEM进行了对比分析，研究结果表明，所提出电机不仅具有更高的转矩密度，而且具有更好的磁通调节能力。

图1.18 条形磁钢结构DSHEM

图1.19 12/10极结构DSHEM

参考文献[64]提出一种新型电动车用16/10极DSHEM，并与8/6极SRM进行仿真与实验对比分析，所提出电机输出转矩较高、转矩脉动更小。参考文献[65]提出一种新结构DSHEM，该电机永磁体与励磁绕组处于周向同一角度位置，永磁体下端设置饱和磁桥，通入合理的直流电流可增强或减弱气隙磁通，从而有效地调节电磁转矩和感应电动势。总体上DSHEM在结构上相比于其他两种双凸极电机更复杂，同时存在磁场强耦合的问题。

南京航空航天大学陈海镇教授在“九五”期间，提出了一种磁路独立式混合励磁同步发电机的结构，并完成了软件设计，研制了试验样机。该电机结构是对俄罗斯学者方案的改进，减少了永磁和电励磁磁路的耦合，但该电机电励磁部分也为爪极结构，有附加气隙多、输出功率受转子直径的制约等不足。因此在研究现有混合励磁电机结构的基础上提出新的结构类型是十分迫切的。

混合励磁电机较永磁电机，多了一个电机性能参数现场可控的环节，使它具有比现有永磁式和电磁式电机更优越的特性，它与电力电子变换器和数字控制器相结合，形成一类新的高效率电机系统。混合励磁发电机既可在飞机、舰船和车辆中作为独立的发电系统用，也可并网运行。混合励磁电动机适合作节能驱动使用，而其中的宽调速系统可以在电动车辆、机床驱动和武器设备等高要求场合应用，其优越的技术性能是其他类型电机所不具备的。因此，混合励磁电机及其控制系统的研究与开发不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的工程应用价值。