• 头条华中科技大学科研团队发表磁齿轮复合电机的研究综述
    2022-08-12 作者:黄海林、李大伟 等  |  来源:《电工技术学报》  |  点击率:
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    导语强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)的研究人员黄海林、李大伟、曲荣海、任翔,在2022年第6期《电工技术学报》上撰文,首先介绍磁力齿轮及多种磁齿轮复合电机的工作原理,介绍和比较磁齿轮与电机常见的复合方式及其特点;按照单元排布方式、调制结构、电机及磁齿轮类型等分类梳理近年来磁齿轮复合电机在拓扑结构上的研究和创新,介绍各类磁通方向及运行方式磁齿轮复合电机的研究。然后介绍MGM近年来在高减速比、低成本、无级变速等一些关键问题上的进展。最后总结磁齿轮复合电机的业界应用现状,并对其应用前景进行展望。

    磁齿轮复合电机(Magnetic Geared Machine,MGM)是一类新型双转子永磁电机。磁齿轮复合电机在结构上由磁场调制型磁力齿轮和传统永磁同步电机复合而成,其根据复合方式的不同可以划分为多种不同的拓扑类型。由于引入了磁力齿轮的磁场变极和减速效应,磁齿轮复合电机可看成自带减速器的电机系统,能成倍放大永磁电机的输出转矩,实现转矩密度的大幅提升。

     

    相比于同样采用磁场调制变极效应提升转矩的游标电机、双边永磁电机、无刷双馈电机和初级永磁直线电机,磁齿轮复合电机漏磁小,功率因数与常规永磁电机相近,远高于游标电机,因此更适用于大负载场合。随着磁齿轮复合电机结构及原理研究的不断深化,以及一些传统电机结构及分析方法的引入,磁齿轮复合电机的性能及应用领域得到扩展。

    磁齿轮复合电机将磁力齿轮与电机复合,实现了结构的紧凑化和高效化,同时兼具非接触传动特性,使其在过载保护、密封传动、振动噪声、可靠性和维护性等方面具有显著优势。磁力齿轮与电机复合方式灵活,拓扑结构多变,在近年来获得了广泛研究,其中一些拓扑能够实现100N•m/L以上的转矩体积密度。目前,磁齿轮复合电机在电气交通驱动、新能源发电、功率分配、石油化工等领域均表现出良好的应用前景,已成为电机领域的研究热点之一。

    强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)的研究人员黄海林、李大伟、曲荣海、任翔,在2022年第6期《电工技术学报》上撰文,首先介绍磁力齿轮及多种磁齿轮复合电机的工作原理,介绍和比较磁齿轮与电机常见的复合方式及其特点;按照单元排布方式、调制结构、电机及磁齿轮类型等分类梳理近年来磁齿轮复合电机在拓扑结构上的研究和创新,介绍各类磁通方向及运行方式磁齿轮复合电机的研究。然后介绍MGM近年来在高减速比、低成本、无级变速等一些关键问题上的进展。最后总结磁齿轮复合电机的业界应用现状,并对其应用前景进行展望。

    研究人员指出,历经十余年的发展,磁齿轮复合电机已成为直驱电机领域主流的研究方向之一。磁齿轮复合电机在一些方面具有传统机械齿轮-电机系统无可比拟的优势,但同时也存在减速比较低、材料成本较高等问题,对这些问题的研究和解决是目前磁齿轮复合电机主要的发展方向。

    目前,国内外已开始逐步将磁力齿轮及磁齿轮复合电机进行产业化,如英国的Magnomatics公司,德国的Witte泵业以及GEORGII KOBOLD公司等。可以发现,除了减速型磁齿轮复合电机,升速型磁齿轮复合电机在电驱动泵以及电动飞机等领域也有一定应用前景。

    他们认为,随着市场对磁力传动优势的认知深化以及研究界对其性能的进一步探索,磁齿轮复合电机有望具备更高的市场竞争力,实现对现有低速直驱电机技术的革新。

    本文编自2022年第6期《电工技术学报》,论文标题为“磁齿轮复合永磁电机拓扑及应用综述”。第一作者为黄海林,强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)博士研究生,研究方向为磁力齿轮与新型永磁电机。通讯作者为李大伟,强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)副教授,研究方向为新型永磁电机、伺服电机和电动飞机用电机系统。本课题得到了国家自然科学基金的资助。