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记忆电机是一种新型的可变磁通永磁电机,该类电机通过短时脉冲磁场直接调节永磁体的磁化状态来实现气隙磁场的连续调节,具有调磁速度快、调磁范围大、可连续调节和调磁损耗极小等优点,因此在调速驱动等领域具有十分广阔的应用前景。根据采用的永磁体的数量来划分,记忆电机可分为单一永磁型和混合永磁型记忆电机两大类。现有研究表明,前者虽然具有极宽的调磁范围,但也面临着功率密度低和永磁体易退磁等诸多难以突破的瓶颈。因此,通过结合不同永磁体的优点,利用混合永磁提升永磁记忆电机的性能成为当前的研究重点。本文以串联混合永磁轴向磁场磁通切换型记忆(Series Permanet Magnet Axial Field Flux-Switching Memory,简称SPM-AFFSM)电机为对象,旨在研究混合永磁中低矫顽力永磁体的材料特性建模及记忆调磁机理,提出混合永磁记忆电机的分析与设计方法,对电机的拓扑结构、电磁特性及调磁特性等进行深入研究,为混合永磁记忆电机在宽调速驱动领域的应用奠定一定的理论与技术基础。本文的主要研究内容包括以下几方面:1.介绍了课题的研究背景与意义,对国内外永磁记忆电机的研究现状,包括不同类型记忆电机及其拓扑结构和电机的分析设计方法等方面进行了深入的总结和分析。2.提出了考虑永磁体磁滞特性的剖分网格等效磁路法。基于经典Preisach磁滞模型建立了低矫顽力永磁体磁滞模型,分别将此模型耦合集总参数磁路模型和基于剖分网格的等效模型,获得调磁过程中低矫顽力永磁体工作点轨迹,揭示串并联混合永磁调磁工作机理。对比分析不同串并联混合永磁拓扑结构的调磁能力和抗去磁能力。基于分析结果,给出了混合永磁体参数设计的基本规律,为后续分析打下了基础。3.在分析混合永磁轴向磁场磁通切换型电机的拓扑结构和工作原理的基础上,提出具有附加调磁绕组的SPM-AFFSM电机拓扑结构,推导SPM-AFFSM电机的功率尺寸方程,提出了 SPM-AFFSM电机的通用设计方法。4.混合永磁体是电机记忆调磁的关键因素。基于考虑永磁体磁滞特性的剖分网格等效磁路法,首次建立了 SPM-AFFSM电机基于剖分网格的等效磁路模型,推导了节点磁势矩阵。根据不动点方法处理Preisach非线性磁滞特性,采用牛顿-拉夫逊法求解非线性磁路方程。研究了混合永磁尺寸参数对调磁性能的影响。该方法降低了磁路建模的复杂性,提高了 SPM-AFFSM电机混合永磁体分析设计的效率。5.基于三维有限元法研究了 SPM-AFFSM电机不同磁化状态下的电磁特性。探究了记忆电机特有的滞回调磁特性,丰富了记忆电机调磁特性的内涵。为充分利用调磁绕组,将其切换为混合励磁绕组实现混合励磁,进一步拓宽记忆电机的调磁范围。6.基于以上研究,试制了一台SPM-AFFSM电机原理样机,搭建了 SPM-AFFSM电机调磁控制装置和实验平台,完成了样机静、动态记忆调磁特性、混合励磁调磁特性和电磁性能测试,验证了样机设计方法的可行性。