1、新型、特種電機漫談 特種電源系統研究組2目錄目錄新型特種電機概述在研電機介紹總 結華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組3新型特種電機概述新型特種電機概述Z背景介紹 隨著新材料、新技術的發展，出現了很多新型、特種電機，隨著新材料、新技術的發展，出現了很多新型、特種電機，這些電機都是這些電機都是為了滿足某些特定場合的需要而產生的為了滿足某些特定場合的需要而產生的。如永磁直。如永磁直驅電機和無刷雙饋電機是風電發展的需要，直線電機、超導電機、驅電機和無刷雙饋電機是風電發展的需要，直線電機、超導電機、爪極電機和雙機械端口電機是為了滿足交通發展的需要，脈沖發爪極電機和雙機械端口電機是為了滿足

2、交通發展的需要，脈沖發電機等是適應軍事變革的需要，而橫向磁通電機、感應子電機的電機等是適應軍事變革的需要，而橫向磁通電機、感應子電機的研制則分別旨在提高電機的功率密度和轉矩密度。另外為了滿足研制則分別旨在提高電機的功率密度和轉矩密度。另外為了滿足控制系統的特殊要求，還出現了很多微電機。控制系統的特殊要求，還出現了很多微電機。由于新型、特種電機適用的場合與常規電機不同，因此在電機結由于新型、特種電機適用的場合與常規電機不同，因此在電機結構、設計和運行特點上存在很大差異，構、設計和運行特點上存在很大差異，需要進行大量的研究工作需要進行大量的研究工作。華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究

3、組4新型特種電機概述新型特種電機概述Z原理介紹 常規電機的運行是基于常規電機的運行是基于電磁感應原理電磁感應原理，而新型、特種電機除，而新型、特種電機除此之外，還包括利用此之外，還包括利用壓力、聲、熱等效應壓力、聲、熱等效應實現機電能量轉換。如實現機電能量轉換。如用作照相機鏡頭和工業機器人中的超聲波電動機是基于壓電陶瓷用作照相機鏡頭和工業機器人中的超聲波電動機是基于壓電陶瓷的逆壓電效應而工作的；基于溫差效應而工作的形狀記憶合金電的逆壓電效應而工作的；基于溫差效應而工作的形狀記憶合金電機，被應用于機器人、宇宙飛船和導彈助推器；還有利用熱能直機，被應用于機器人、宇宙飛船和導彈助推器；還有利用熱能直

4、接發電的行波熱聲發電機，等等。這些新型、特種電機的出現主接發電的行波熱聲發電機，等等。這些新型、特種電機的出現主要得益于新材料，新技術的發展。要得益于新材料，新技術的發展。華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組5新型特種電機概述新型特種電機概述Z特種電機分類 與常規電機結構或原理不同的都可以稱為新型、特種電機，其與常規電機結構或原理不同的都可以稱為新型、特種電機，其也有很多分類辦法。也有很多分類辦法。 如按照相數，可分為單相、三相和多相電機；按照頻率，可分如按照相數，可分為單相、三相和多相電機；按照頻率，可分為工頻、中頻和高頻電機；按照電壓等級，可分為低壓電機和高為工頻、中頻和高頻

5、電機；按照電壓等級，可分為低壓電機和高壓電機；按照電機轉速可分為單速電機和多速電機，還可分為低壓電機；按照電機轉速可分為單速電機和多速電機，還可分為低速和高速電機；按照有無電刷可分為有刷電機和無刷電機；按照速和高速電機；按照有無電刷可分為有刷電機和無刷電機；按照勵磁的來源可分為電勵磁、永磁和混合勵磁電機；按照磁通走向勵磁的來源可分為電勵磁、永磁和混合勵磁電機；按照磁通走向可分為徑向、軸向和橫向磁通電機；按照軸承可分為機械軸承、可分為徑向、軸向和橫向磁通電機；按照軸承可分為機械軸承、磁軸承和無軸承電機；按照磁路介質性質可分為鐵心電機和空心磁軸承和無軸承電機；按照磁路介質性質可分為鐵心電機和空心電

6、機；按照磁場方向還可以分為同性極式和異性極式電機。電機；按照磁場方向還可以分為同性極式和異性極式電機。華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組6新型特種電機概述新型特種電機概述Z 按照轉子形式可分為疊片和實心轉子電機，還可分為內轉子按照轉子形式可分為疊片和實心轉子電機，還可分為內轉子和外轉子電機，以及單轉子和雙轉子電機；按照定子形式可分為和外轉子電機，以及單轉子和雙轉子電機；按照定子形式可分為單定子和雙定子電機；按照有無槽還分為有槽電機和無槽電機；單定子和雙定子電機；按照有無槽還分為有槽電機和無槽電機；按照氣隙是否均勻可分為均勻氣隙、單凸極電機和雙凸極電機；按照氣隙是否均勻可分為均勻

7、氣隙、單凸極電機和雙凸極電機；按照運動方向又分為旋轉電機、直線電機和直線振蕩（往復）電按照運動方向又分為旋轉電機、直線電機和直線振蕩（往復）電機；按照機械端口個數可分為單機械端口和雙機械端口電機；按機；按照機械端口個數可分為單機械端口和雙機械端口電機；按照饋電方式可分為單饋和雙饋電機；按照轉矩產生來源分為磁阻照饋電方式可分為單饋和雙饋電機；按照轉矩產生來源分為磁阻電機和非磁阻電機；按照功率密度分為一般功率密度和高功率密電機和非磁阻電機；按照功率密度分為一般功率密度和高功率密度電機。度電機。特種電機分類華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組7新型特種電機概述新型特種電機概述Z 按照用

8、途可分為發電機、電動機和控制用電機。控制用電機按照用途可分為發電機、電動機和控制用電機。控制用電機主要包括伺服電機、自整角機、步進電動機、旋轉變壓器、交直主要包括伺服電機、自整角機、步進電動機、旋轉變壓器、交直流兩用電機和測速發電機等；有些電機如爪極電機，罩極電機，流兩用電機和測速發電機等；有些電機如爪極電機，罩極電機，超導電機，音圈電機等是按照其結構特點定義的。此外還有些電超導電機，音圈電機等是按照其結構特點定義的。此外還有些電機是按照其應用場合命名的，如汽車電機，艦船電機，航空電機，機是按照其應用場合命名的，如汽車電機，艦船電機，航空電機，航天電機，超低溫和超高溫電機，潛水電機，潛油電機，

9、牽引電航天電機，超低溫和超高溫電機，潛水電機，潛油電機，牽引電機，防爆電機，脈沖電機等。機，防爆電機，脈沖電機等。 據不完全統計，電機種類多達數百種，并廣泛應用于國民經據不完全統計，電機種類多達數百種，并廣泛應用于國民經濟各個領域，電機工業為我國現代化建設做出了重要貢獻。濟各個領域，電機工業為我國現代化建設做出了重要貢獻。特種電機分類華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組8在研電機介紹在研電機介紹Z研究背景及意義 對于移動系統用的發電機，要求高可靠性和高功率密度。高對于移動系統用的發電機，要求高可靠性和高功率密度。高可靠性要求電機最好是無刷，電勵磁，實心轉子結構。高功率密可靠性要求

10、電機最好是無刷，電勵磁，實心轉子結構。高功率密度要求電機可以在高轉速下運行，進而減小電機的體積和質量。度要求電機可以在高轉速下運行，進而減小電機的體積和質量。以上就對電機的提出了很高的性能要求，常規電機無法滿足。以上就對電機的提出了很高的性能要求，常規電機無法滿足。 為了滿足高功率密度的需要，感應子電機應運而生。感應子為了滿足高功率密度的需要，感應子電機應運而生。感應子電機可以用作航空電源，艦船電力推進，混合動力汽車，風力發電機可以用作航空電源，艦船電力推進，混合動力汽車，風力發電等場合。電等場合。華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組9在研電機介紹在研電機介紹Z電機原理 感應子電

11、機是基于磁通脈振理論而工作的。它的電樞繞組和感應子電機是基于磁通脈振理論而工作的。它的電樞繞組和勵磁繞組均布置在定子上，轉子稱為感應子，其上無任何繞組和勵磁繞組均布置在定子上，轉子稱為感應子，其上無任何繞組和部件，為實心結構，可以運行在部件，為實心結構，可以運行在100000r/rpm以上。電機損耗小，以上。電機損耗小，可靠性高，具有非常優良的特點。可靠性高，具有非常優良的特點。 感應子電機分為同性極式和異性極式感應子電機。本課題選感應子電機分為同性極式和異性極式感應子電機。本課題選用的是同性極式感應子電機。同性極式感應子電機電樞繞組和常用的是同性極式感應子電機。同性極式感應子電機電樞繞組和常

12、規電機無異，為三相對稱繞組。勵磁繞組為環向集中繞組。當勵規電機無異，為三相對稱繞組。勵磁繞組為環向集中繞組。當勵磁繞組通直流電時，由于感應子表面的磁阻不同而形成方向不變，磁繞組通直流電時，由于感應子表面的磁阻不同而形成方向不變，幅值介于最大最小值之間的穩恒磁場。當感應子旋轉時，這一磁幅值介于最大最小值之間的穩恒磁場。當感應子旋轉時，這一磁場為脈振性質，在電樞繞組內感應電動勢，從而實現機電能量轉場為脈振性質，在電樞繞組內感應電動勢，從而實現機電能量轉換。換。華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組10在研電機介紹在研電機介紹Z圖1 感應子電機轉子結構示意圖華中科技大學電氣與電子工程學院

13、 特種電源系統研究組11在研電機介紹在研電機介紹Z圖2 感應子電機左半部結構示意圖華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組12在研電機介紹在研電機介紹Z圖3 感應子電機定子結構示意圖華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組13在研電機介紹在研電機介紹Z圖4 感應子電機磁通示意圖華中科技大學電氣與電子工程學院 特種電源系統研究組14總結總結Z 21世紀，其他學科與技術的發展，極大地促進了電機學科的世紀，其他學科與技術的發展，極大地促進了電機學科的發展。如功率電子學，大功率，高電壓電力電子器件的出現；材發展。如功率電子學，大功率，高電壓電力電子器件的出現；材料科學的進步，絕緣材料，永磁材料，超導材料，都推動著電機料科學的進步，絕緣材料，永磁材料，超導材料，都推動著電機向高功率密度，低噪聲，無電磁干擾，高效