項(xiàng)目工程碩士-開(kāi)題報(bào)告書(shū)

1、-. z. 理 工 大 學(xué)研究生學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告學(xué) 號(hào)： 學(xué)生：孔祥偉學(xué)位級(jí)別：工程碩士專業(yè)名稱： 電氣控制工程 研究方向：永磁電機(jī)導(dǎo)師：上官璇峰填 表 日 期：2009年10月8日理工大學(xué)研究生處制說(shuō) 明抓好研究生學(xué)位論文的開(kāi)題報(bào)告是保證論文質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了加強(qiáng)對(duì)研究生培養(yǎng)的過(guò)程管理，規(guī)研究生學(xué)位論文的開(kāi)題報(bào)告，特印發(fā)此表。研究生一般應(yīng)在結(jié)束課程學(xué)習(xí)之后的第一個(gè)學(xué)期通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，主動(dòng)跟導(dǎo)師討論，完成學(xué)位論文的開(kāi)題報(bào)告。研究生的學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告，應(yīng)該在學(xué)位授予點(diǎn)（或相應(yīng)的研究室，教研室）組織的學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上報(bào)告，聽(tīng)取意見(jiàn)，論證后再填寫(xiě)此表。此表經(jīng)過(guò)導(dǎo)師和有關(guān)人員簽字后，一式三份，交研究生

2、工作秘書(shū)處，研究生工作秘書(shū)匯總后，交研究生處培養(yǎng)辦公室一份（備查）。研究生在申請(qǐng)學(xué)位論文答辯時(shí)， 必須提交研究生工作秘書(shū)處的那份開(kāi)題報(bào)告。本報(bào)告存入研究生技術(shù)檔案，是學(xué)位評(píng)定材料之一，填寫(xiě)要認(rèn)真，要求用5號(hào)宋體字體，A4紙雙面打印，如欄填寫(xiě)不下，可另加附頁(yè)。研究題目：永磁電機(jī)課題來(lái)源：自擬題目一、文獻(xiàn)綜述與選題依據(jù)（選題的理論依據(jù)和實(shí)用價(jià)值、前人在本研究領(lǐng)域的成果、國(guó)外目前的研究動(dòng)向及進(jìn)展），并列出主要參考文獻(xiàn)目錄（以文獻(xiàn)綜述”中出現(xiàn)先后為序進(jìn)行編號(hào)，且編號(hào)與文獻(xiàn)綜述”中標(biāo)注一致，書(shū)寫(xiě)格式按國(guó)標(biāo)GB7714-87執(zhí)行，要求參考文獻(xiàn)：博士研究生不少于50篇，碩士研究生不少于30篇；其中外文文獻(xiàn)：

3、博士研究生不少于30篇，碩士研究生不少于15篇）：（可加附頁(yè)）1、理論依據(jù) 在科技經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)代里，大多數(shù)先進(jìn)控制的動(dòng)力源來(lái)自各種各樣的電機(jī)，而電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。為了使電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗小，效率高；形狀尺寸靈活等。為此，人們對(duì)在電機(jī)建立機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行研究，即永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于永磁材料。對(duì)永磁材料的要求如下：（1）足夠大的氣隙磁場(chǎng)；（2）磁性能穩(wěn)定；（3）良好的機(jī)械性能；（4）經(jīng)濟(jì)性能好。2、實(shí)用價(jià)值 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和器件價(jià)格的不斷降低，人們?cè)絹?lái)越多的用變頻電源和交流電動(dòng)機(jī)組成的交流調(diào)速系統(tǒng)

4、來(lái)代替直流調(diào)速系統(tǒng)。永磁電機(jī)具有工藝簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便、耗材少、體積小、質(zhì)量輕、噪聲小、振動(dòng)小、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，所以永磁電機(jī)廣泛的應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、發(fā)電機(jī)、汽車(chē)業(yè)和家用電器等，因此研究本課題具有現(xiàn)實(shí)意義。3、前人在本研究領(lǐng)域的成果永磁電機(jī)的發(fā)展和永磁材料的發(fā)展密切相關(guān)，19世紀(jì)20年代出現(xiàn)的世界上第一臺(tái)電機(jī)就是由永磁體產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)的永磁電機(jī)。當(dāng)時(shí)所用的永磁材料是天然的磁鐵礦石（Fe3O4）,磁能密度很低，電機(jī)體積龐大，被電勵(lì)磁電機(jī)取代。由于各種電機(jī)迅速發(fā)展的需要和電流充磁器的發(fā)明，人們對(duì)永磁材料的進(jìn)行深入的研究，相繼發(fā)現(xiàn)了碳鋼、鎢鋼（最大磁能積約2.7KJm= 2

5、* Arabic2）、鈷鋼（最大磁能積約7.2KJm= 2 * Arabic2）等多種永磁材料，特別是20世紀(jì)30年代、50年代分別出現(xiàn)的鋁鎳鈷永磁和鐵氧體永磁，磁性能有了很大的提高。永磁電機(jī)的功率從數(shù)毫瓦到幾十千瓦，在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，鋁鎳鈷永磁的嬌頑力偏低（36160KAm），鐵氧體永磁的剩磁密度不高(0.20.44T)，限制了它們?cè)陔姍C(jī)中的應(yīng)用圍。一直到20世紀(jì)60年代和80年代，稀土鈷永磁和釹鐵硼相繼問(wèn)世，永磁電機(jī)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的歷史時(shí)期。稀土材料發(fā)展大致分為三個(gè)階段，1967年美國(guó)K.J.Strnat教授發(fā)現(xiàn)的釤鈷永磁為第一代稀土永磁，其化學(xué)式可表

6、示為RCO5（其中R代表釤、鐠等稀土元素），簡(jiǎn)稱1：5稀土型稀土永磁，產(chǎn)品的最大磁能積現(xiàn)已超過(guò)199KJm3(25MG.Oe)。1973年又出現(xiàn)了磁性能更好的的第二代稀土永磁，其化學(xué)式為R2CO17，簡(jiǎn)稱2：17型稀土永磁，產(chǎn)品的最大磁能積達(dá)到258.6KJm3(32.5MG.Oe)。1983年日本住友特殊金屬公司和美國(guó)的通用汽車(chē)公司各自研制成功釹鐵硼(NdFeB)永磁，在實(shí)驗(yàn)室的最大磁能積達(dá)到431.3KJm3(54.2MG.Oe)，商品生產(chǎn)已達(dá)到397.9KJm3(50MG.Oe)，稱為第三代稀土永磁。稀土材料磁性能高，價(jià)格低，不含戰(zhàn)略物資-鈷，因此引起國(guó)外磁學(xué)界和電機(jī)界的大量研究。與此對(duì)

7、應(yīng)的稀土電機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)大致可分為三個(gè)階段：第一階段，60年代后期和70年代，由于稀土鈷永磁價(jià)格昂貴，研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是航空、航天用電機(jī)和要求高性能而價(jià)格不是主要因素的高科技領(lǐng)域。第二階段，80年代，特別是1983年出現(xiàn)價(jià)格相對(duì)較低的釹鐵硼(NdFeB)永磁后，研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)到工業(yè)和民用電機(jī)上，而且可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)難以達(dá)到的高性能。第三階段，進(jìn)入90年代以來(lái)，隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是釹鐵硼(NdFeB)永磁的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價(jià)格的不斷降低及電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展，加上永磁電機(jī)研究開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的逐步成熟，稀土電機(jī)研究開(kāi)發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新階段，正向大功率化（高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩）、

8、高功能化和微型化方向發(fā)展。目前，稀土永磁電機(jī)的單臺(tái)容量已超過(guò)1000KW,最高轉(zhuǎn)速已超過(guò)300000rmin,最低轉(zhuǎn)速低于0.01rmin,最小電機(jī)外徑只有0.08mm，長(zhǎng)1.2mm。因此稀土永磁電機(jī)廣泛的應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、發(fā)電機(jī)、汽車(chē)業(yè)和家用電器等行業(yè)。我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)永磁材料的磁特性并把它應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的國(guó)家，早在兩千多年前，我國(guó)就利用永磁材料的磁特性制成指南針，在航海、軍事等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。我國(guó)是稀土大國(guó)，我國(guó)的稀土永磁研制始于70年代初，最先只有幾個(gè)單位研制，研制水平屬于仿制。進(jìn)入80年代，差距進(jìn)一步縮小，在個(gè)別領(lǐng)域，甚至出現(xiàn)暫時(shí)的領(lǐng)先，如輻射取向環(huán)，加重

9、稀土的2：17型低溫系數(shù)磁體等。由于開(kāi)放政策，加強(qiáng)科技信息的交流，我國(guó)主要開(kāi)發(fā)各種高效永磁同步電機(jī)，1990年西北工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)了0.8KW紡織專用永磁同步電機(jī)，具有效率高、節(jié)能等特點(diǎn)。工業(yè)大學(xué)唐任遠(yuǎn)院士主持研制的1120KW的稀土永磁同步電機(jī)是目前國(guó)單機(jī)容量最大的永磁電機(jī)。3、國(guó)外目前的研究動(dòng)向及進(jìn)展（1）加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)及噪聲的理論研究。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題嚴(yán)重影響了應(yīng)用，因此減小振動(dòng)和噪聲至關(guān)重要，減少SR電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲的關(guān)鍵在于減小作用的徑向力的大小。從控制角度來(lái)看，主要是優(yōu)選導(dǎo)通角、關(guān)斷角及尋求新的控制方案，盡可能調(diào)節(jié)好各相工作參數(shù)的對(duì)稱性；（2）無(wú)位置傳感器的SRD系統(tǒng)的研制，位

10、置閉環(huán)控制是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本特征，但它的存在會(huì)使電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)變得遜色，降低了可靠性。為此探索實(shí)用的無(wú)位置檢測(cè)器方案是十分引人注目的課題；（3）如何有效地回收繞組釋放的磁場(chǎng)能量，性能的精確估算，包括整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的數(shù)字仿真；（4）優(yōu)化設(shè)計(jì)和CAD應(yīng)用；（5）提高系統(tǒng)效率、減小力矩脈動(dòng)。目前國(guó)的SRM系統(tǒng)效率大約為80%多，但日本已經(jīng)做到了90%，美國(guó)Krisnan教授近年做到了超過(guò)90%。目前直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的研究主要是以上幾個(gè)方面。旋轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用許多領(lǐng)域，但是直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)還處于研究階段，尚沒(méi)有大規(guī)模的應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。參考文獻(xiàn)：1鐘明、衛(wèi)國(guó)著.稀土永磁

11、電機(jī)M,：國(guó)防工業(yè)，19992羅陽(yáng)著.21世紀(jì)永磁材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì) J, 電工材料，200413葉云岳.國(guó)外直線電機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述J,中國(guó)科技論文在線，20054葉云岳編著.直線電機(jī)原理與應(yīng)用M，：機(jī)械工業(yè)，20015吳建華，詹瓊?cè)A,林金銘.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)J，微特電機(jī)，19956何曉東.直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制和性能研究D，大學(xué)碩士論文，20057千帆.電動(dòng)車(chē)輛用混合式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（HBSRM）系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究D，工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文,20048R.Krishna，R.Arumugna，and J.Fli.Lindsay Design Procedure for switch

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17、一704.June2001.22胡崇岳. 現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)M，：機(jī)械工業(yè)199823葉云岳. 直線電機(jī)技術(shù)手冊(cè)M，：機(jī)械工業(yè)200324Han-Kyung Bae, Byeong-Seok Lee, Praveen Vijayraghavan and R. Krishnan,A Linear Switched Reluctance Motor:Converter and Control, VOL. 36, NO. 5, SEPTEMBER/OCTOBER 200025Wai Chuen Gan，Norbert C.Cheung and Li Qiu，Position Control of Li

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21、opljakLinear switched reluctance actuator”,in proc.6th int.conf Electrical Machines and Dribes,Saint Nazaire,France,PP.535-539 Sept.199936Ferhat Daldaban and Nurettin UstkoyuncuA new double sided linear switched reluctancemotor with low cost”, 21, March, 2006二、課題研究容、特色及創(chuàng)新之處：1、課題研究容（1）介紹直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的基本理論

22、；（2）建立直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的線性和非線性數(shù)學(xué)模型，通過(guò)Simulink仿真系統(tǒng)對(duì)整個(gè)直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，分析其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性；（3）根據(jù)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)輸出方程確定電機(jī)的主要尺寸，通過(guò)Magnet仿真軟件建立直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)物理模型，研究其結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電機(jī)性能的影響，把得出的結(jié)果和理論分析計(jì)算的結(jié)果相比較，驗(yàn)證其設(shè)計(jì)方法的可行性；（4）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的控制器，擬采用DSP2407作為控制芯片，制作樣機(jī)及其簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2、課題研究特色及創(chuàng)新之處（1）設(shè)計(jì)的三相SR電機(jī)通常是6/4結(jié)構(gòu)，但是為了減少噪聲和損耗，設(shè)計(jì)時(shí)讓次級(jí)由四極增加到六極結(jié)構(gòu)。（2）利用了Magnet對(duì)直線開(kāi)

23、關(guān)磁阻電機(jī)的特性進(jìn)行了分析，分析結(jié)果和理論值相吻合。三、擬采取的理論分析、計(jì)算、試驗(yàn)方法和步驟及其可行性：1、擬采取的理論分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法 （1）根據(jù)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的理論分析方法初步計(jì)算直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，針對(duì)電機(jī)本體設(shè)計(jì)，分析出對(duì)電機(jī)性能影響較大的參數(shù)； （2）有限元法采用Magnet分析；并利用此軟件計(jì)算參數(shù)； （3）通過(guò)有限元計(jì)算，比較有限元和理論分析結(jié)果，驗(yàn)證理論設(shè)計(jì)的正確性。2、步驟（1）通過(guò)旋轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的基本理論，建立直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；（2）采用磁通管法對(duì)直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)；（3）利用直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的輸出方程確定電機(jī)的主要尺寸，通過(guò)Magnet仿真軟件建立電機(jī)模型，并對(duì)設(shè)計(jì)的電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真；（4）設(shè)計(jì)樣機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出待分析的數(shù)據(jù)；（5）將(2)、（3)、（4）三步的結(jié)果作比較，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。3、可行性 （1）盡管直線開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的電機(jī)，并且繞組電壓和電流都是非線性的脈沖波形，但是我們可以根據(jù)已有的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)線性模型和非準(zhǔn)線性模型進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)；