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“挑战杯”作品点击之“超高速开关磁阻电机”

  南开新闻网讯(学生记者 魏鑫)11月13日下午,记者来到第十届“挑战杯”作品展科技发明制作类的展馆,前来参赛的同学们正在展台前组装作品。在一个展台前,来自南京航空航天大学的一支参赛队正在安装超高速开关磁阻电机。他们为记者热情地介绍了该作品的特点、创新点以及作品的现实意义和发展前景。

  作品从开关磁阻电机本体结构、功率变换器及控制器的优化设计入手,通过技术创新解决了该电机超高速运行所面临的诸多技术难题。采用了开关磁阻电机专用集成电路、三开关功率变换器和圆柱复合转子结构等新技术,具有首创性和完全自主知识产权。其中,具有角度控制功能的开关磁阻电机专用集成电路在国际上也属首创。基于以上关键技术的运用,制作了国内第一台超高速开关磁阻电机的原理样机,电机转速可达130,000转/分钟,实现了开关磁阻电机的超高速可靠运行。

  超高速电机在航空航天驱动、高速加工、电动/混合动力汽车、高速离心压缩机、飞轮储能等军事和民用领域具有十分广阔的应用前景,发展潜力巨大。

  开关磁阻电机始创于20世纪80年代,是开关电源、开关电路和磁阻相结合的产物。虽磁阻电机在百年前就已出现,但近年来开关电源、电路的相关芯片的研发解决了电源变换问题使开关磁阻电机的出现成为可能。开关磁阻电机凭借其结构简单坚固、高速性能优异、可靠性高、容错能力强、在恶劣环境下适应性好等特点适合在工作环境恶劣的超高速领域中应用,具有显著的技术优势。超高速电机在航空航天驱动、高速加工、电动/混合动力汽车、高速离心压缩机、飞轮储能等军事和民用领域具有十分广阔的应用前景,发展潜力巨大。

  经过两年多的努力,选手们克服了相关资料缺乏、符合条件的制作材料有限的问题研制的该作品是国内转速最快的电机,但超高速时,该电机在本体结构、高效驱动和可靠控制和保护等方面还存在许多技术难题,制约了该电机在相关领域的发展和应用。选手们不无遗憾地说,假如某零件的制作工艺再好一点,我们的机器会发挥更好的性能。但是这是我们完全自主知识产权的电机,它的研制成功,将缩短我国与欧美先进国家在超高速开关磁阻电机相关技术上的差距,有助于我国超高速电机的应用和发展,也为该电机在其他关键技术上的研究和突破打下了坚实基础。该作品实用化后,拥有自主知识产权、低成本、高性能的超高速开关磁阻电机在相关领域应用前景广阔,可带来显著的军事效益、经济效益和社会效益。