让我国超声电机技术走向世界——记国家技术发明奖获得者赵淳生院士

赵淳生教授,中国科学院院士,南京航空航天大学博士生导师。长期从事机械设计及理论领域科研和教学工作,是我国振动工程及其振动利用技术方面的专家,我国超声电机技术研究的开拓者。他共获国家级和省部级科技奖17项,其中国家发明二等奖1项、国家科技进步三等奖1项、国家技术发明四等奖1项、国防科技一等奖1项、其他省部级科技进步二等奖8项、三等奖5项。发表著、译作3部,学术论文200多篇,获得并公开的国家专利29项,其中发明专利22项。赵淳生多次被评为江苏省优秀科技工作者、国防系统先进工作者、江苏省十大杰出专利发明人,并于2005年当选为中国科学院院士。     

空心和Halbach永磁直线同步电机的牵引力和法向力分析

针对由空芯线圈和Halbach永磁结构组成的直线同步牵引电机,提出其牵引力和法向力的一种解析计算方法.首先从相同结构的旋转电机出发,推导得到其牵引力和法向力的解析计算公式;然后,将所得结果推广到直线电机结构,得到基于空芯线圈和Halbach永磁结构的直线同步电机牵引力和法向力的计算方法.所得解析解的有效性由有限元分析软件Ansoft Maxwell得到验证.此方法为基于空芯线圈和Halbach 永磁结构的直线同步电机的结构设计和性能分析提供了基础.     

三相绕组切换电路分析与设计

针对在装甲车辆中体积、功率受限条件下,永磁电动机提升低速转矩与拓宽弱磁工作范围难以兼顾的问题,提出了采用电动机绕组换接的方法。提出了一种切换电路的设计方案,采用电路仿真软件Muhisim分析了切换电路的动态工作过程。在此基础上,构建了一套适用于三相绕组切换的零电流切换控制系统,可通过上位机观测电路中的电流波形,并实现对绕组的串、并联结构进行切换控制。试验结果表明：该电路可快速实现绕组的串／并联切换,而且基本上不会产生电压冲击。     

伺服电机积分型SMC速度控制策略

为解决伺服电机控制系统输出转速可控性差、波动大、动态响应慢等问题,提出积分型滑模变结构控制策略,设计负载转矩观测器解决控制过程中的负载扰动问题,基于Simulink搭建永磁同步电机速度控制系统仿真模型,搭建电机测试系统台架对控制系统的稳态性能和动态性能进行试验验证。研究结果表明,相比于传统比例积分微分控制和普通滑模变结构控制(Sliding Mode variable structure Control, SMC),所设计的控制策略能够使控制系统达到稳态时速度波动较小,鲁棒性较好,抑制了SMC的抖振现象。     

永磁磁通控制型混合励磁开关磁阻优化设计

针对开关磁阻电机低功率密度和低材料利用率的问题,为了进一步优化电机的转矩特性,将永磁体应用在开关磁阻电机之中,设计了一台三相12/10极永磁磁通控制型混合励磁开关磁阻电机。在分析该电机结构和工作原理的基础上,采用电机设计理论对该电机进行结构设计,并且采用有限元软件进行仿真。在瞬态场条件下验证了该模型的正确性,在稳态场条件下仿真得到电感特性曲线、磁链特性曲线和转矩特性曲线,建立了精确的非线性模型。仿真结果表明该电机的转矩特性得到了明显提高。最后,采用遗传算法对电机主要结构参数进行了多目标优化设计,进一步提高了该电机的平均转矩并降低其转矩脉动。     

国外磁扫雷具装备及技术发展

针对国外磁扫雷具的发展现状,基于磁扫雷具的磁源类型,分别研究了永磁式、螺线管式、电极式3类磁扫雷具,对比分析了各型磁扫雷具装备、磁扫雷具技术的发展现状。基于磁扫雷具的技术体制、磁场来源、磁场发生机理、模拟模式等要素,给出了磁偶极子、时谐磁偶极子、磁四极子、有限长载流直导线、载流线圈、有限长空心螺线管、有限长带铁芯的螺线管、旋转椭球体、点电极、线电极、电偶极子、时谐电偶极子、点电流源等多类等效磁场数学模型。对比分析了各型磁扫雷具的磁场数学模型,定性分析了不同磁扫雷具对舰船磁场的模拟精度。结果表明,磁扫雷具磁源技术的研究仍集中于永磁式、螺线管式、电极式等几大类,研究方向多为对单一种类的磁源进行线列阵组合、对不同磁源进行集成等方面,线列阵磁扫雷具和电极式磁扫雷具为目前的主流方向。研究结果为磁扫雷具的磁场建模、发展方向、水雷的抗磁扫等提供了参考依据。     

军用车辆轮毂电机位置传感器故障检测及容错控制

针对电传动装甲车辆恶劣工况下轮毂电机位置传感器容易产生故障问题,基于脉振高频电压注入法构建了位置传感器故障检测及容错控制系统.通过分析故障时位置传感器输出信号出现的幅值不平衡故障或正交不完全故障,采用阈值检测法实现故障检测,并使电机由有位置传感器控制切换为无位置传感器控制.仿真及实验结果表明,故障发生时,系统能够迅速检测出故障并进行容错控制,有效抑制了电机转速及定子电流的持续振荡.     

旋转永磁式机械天线的研究与实现

为实现低频电磁发信系统的小型化和低功耗,对基于旋转永磁体的机械天线,即利用永磁体机械旋转直接激励电磁波的新型低频电磁发信技术进行了理论研究与工程实践。提出基于钕铁硼永磁体和永磁同步电机的旋转永磁式机械天线技术方案及其信息加载方法,构建基于电-机械-电磁能量转换的系统模型,对其辐射效率和辐射功率进行初步分析,研究旋转永磁体在不同无限均匀介质中产生时变磁场的分布与衰减特性,研制了原理样机,并对其近区磁场和2FSK信号的加载特性进行了实验测试,验证了该方案的可行性和有效性。