永磁电机与智能电器新技术研究所

发布时间:2017-06-08

永磁电机与智能电器新技术研究所依托于东南大学电气工程学院“电机与电器”江苏省重点学科,重点面向新型永磁电机与智能电器的前沿基础理论和关键应用技术研究,包括风力发电、新能源汽车、飞轮储能和机器人应用的新型高效能永磁电机设计与驱动控制技术,面向智能电网的新型变压器与智能开关电器设计与控制技术,以及新型永磁传动节能技术等。


究所成员长期从事新型电机与智能电器的基础研究和技术开发工作。先后承担了国家“863计划”、国家自然科学基金、博士点(优先发展)基金、江苏省重大成果转化项目、江苏省产学研前瞻性联合研究项目、江苏省工业支撑项目等20多项。研究所现有研究人员近50人,包括教授2人,副教授1人,讲师2人,博士后、硕博士研究生40余人。研究所在永磁电机及其驱动、智能电器及其控制等技术领域发表论文200余篇,其中SCI论文80余篇,EI论文100余篇,获发明专利60余件。为风力发电、新能源汽车、飞轮储能和永磁传动技术的发展做出了贡献。此外,研究所成员还积极与省内外重点企业开展产学研合作,成立有“东大-绿的联合工程研发中心”、“东大-中电联合工程研发中心”,承担了20多项企业委托项目,并进行了科技成果转化工作,促进了企业的技术进步。相关研究成果获得2010江苏省科学技术奖三等奖2015年江苏省科学技术奖二等奖各一项。本项目组成员来自电机与电力电子两个学科,教授、副教授、讲师、博士后和博士硕士研究生各层次搭配合理,具备较强的研究能力、前沿理论基础与实验分析条件。


研究所长期目标为:在继续保持永磁电机与智能开关电器新技术并举的研究特色上,通过优化人员配置,开拓新的合作渠道,促进我系的知名度进一步提升,为学院的跨越式发展和学校的双一流建设做出更大的贡献。


 


长:林鹤云教授

副所长:房淑华副教授

员:专任教师5人(林鹤云、黄允凯、房淑华、阳辉彭飞);在校研究生40余人。


研究方向:

本研究所主要研究方向如下:

A.大功率永磁风力发电机设计与控制

新型高性能永磁风力发电机的研发、大型永磁风力发电机的研发及产业化、新型风力发电用变流器的研发、风力发电系统的故障诊断和容错运行控制。

  

B.高速永磁电机设计与控制

研发用于离心式压缩机、鼓风机、水泵等的高速、大功率永磁电机及驱动器。高速永磁电机控制算法、无位置传感器控制方法及故障检测技术。

  

C.高精度伺服电机设计与控制

研发高精度永磁伺服电机设计、驱动、制造等相关技术,开发适用于工业机器人、人型机器人等领域的电机加减速器的一体化、系列化和模块化机器人核心驱动部件产品。

  

D.电动汽车宽调速永磁电机系统

研发面向电动汽车新型高能效永磁电机及其宽调速驱动控制技术,关键技术主要包括变磁通记忆电机、混合励磁电机、机械调磁电机以及绕组切换控制技术,旨在拓展永磁电机驱动系统工作区域,并实现与之对应的全工况的效率优化,以及高速故障容错运行控制。

  

E.智能开关电器、永磁操动机构、智能重合闸技术

面向智能电网研发智能化的新原理开关电器,重点研究新型永磁操动机构的设计及其基于选相技术的分合闸控制和智能重合闸技术,提高电网供电的可靠性。

  

F.新型永磁传动节能技术

系统深入地研究永磁调速技术的能量转换原理,研发适用于大功率风机、泵类负载电机驱动系统和大型舰船的调速的永磁调速节能系统。


研究工作基础:

(1)项目资助

A.大功率永磁风力发电机设计与控制

l国家自然科学基金项目:磁通切换聚磁式横向磁通永磁风力发电机,2011-2013

l教育部博士点基金项目:磁通切换型混合励磁横向磁通风力发电机,2010-2012

l江苏省重大成果转化项目:2.5-10MW大型直驱永磁风力发电机设计,2015-2017

l江苏省产学研前瞻性研究项目:海上风电机组设计关键技术,2011-2013

l江苏省“六大人才高峰”项目:5MW风力发电机设计关键技术,2012-2013

l江苏省重大成果转化项目:2.5MW直驱永磁风力发电机组研发与产业化,2011-2014

l江苏新誉重工集团:3.3MW半直驱永磁风力发电机设计,2010-2014

  

B.(高速)永磁电机设计与控制

l江苏省自然科学基金项目:透平机械用高速永磁电机多电平驱动关键技术的研究,2016-2019

lIPM型伺服电机设计开发,南京埃斯顿自动化股份有限公司,2017-2018

l三相交流永磁同步电机的开发,苏州绿的谐波减速器有限公司,2016-2017

C.电动汽车宽调速永磁电机系统

l国家自然科学基金项目:磁通切换型可变磁通记忆电机及其在线调磁驱动协调控制基础研究,2014-2017

l国家自然科学基金项目:可变磁通与可变极永磁记忆电机,2007-2019

l教育部博士点基金项目(优先发展):电动汽车用磁通切换型可变磁通记忆电机理论研究,2014-2016

  

D.智能开关电器、永磁操动机构、智能重合闸技术

l国家863高技术研究计划:节能永磁接触器设计,2006-2008

l江苏省产学研前瞻性研究项目:126kV及以上高压真空智能断路器设计方法及其选相控制,2015-2017

l江苏省重大成果转化项目:坚强智能配用电开关设备,2014-2017

l苏州法泰电气有限公司:可再生能源终端供给断路器研发,2014-2016

l扬州北辰电气有限公司:基于选项控制技术的永磁机构,2014-2015

l扬州北辰电气有限公司:基于在线监测技术的126kV高压真空断路器研发,2015-2017

l南通现代电力有限公司:坚强智能配用电开关设备,2015-2017

  

E.新型永磁传动节能技术

l国家自然科学基金项目:高转矩密度永磁调速节能技术理论研究,2016-2019

l江苏省工业支撑项目:大容量电机驱动系统永磁调速节能,2010-2012

l南京大寰控制系统有限公司:永磁涡流调速节能装置,2008-2012


(2)实验室条件

A.大功率永磁风力发电机设计与控制

(a) 风力发电系统

(b) 控制系统

1 直驱式并网风力发电机实验平台

B.(高速)永磁电机设计与控制

2 中高功率高速永磁电机样机主要部件:(a) 75 kW电机定子 (b) 140 kW电机定子冲片 (c) 300 kW定子冲片 (d) 75 kW电机转子(e) 300 kW电机定子 (f) 300 kW电机机壳 (g) 300 kW 电机转子 (h) 高速永磁电机的磁悬浮鼓风机整机样品

3 高速永磁电机驱动器及大功率高开关频率变流器平台

4 飞轮储能实验平台

C.电动汽车宽调速永磁电机系统

a电动实验平台

实验设备

b控制电路

5 记忆电机电动运行测试平台和控制电路实物图

D.智能开关电器、永磁操动机构、智能重合闸技术

           prototype

             (a) E型结构接触器

           (b) 圆形结构接触器

               (c) 真空接触器

2012-04-19 11         FIG7

(d) 框架断路器

(e) 选相断路器

(f) 智能控制单元

6 智能电器样机实物图

7 10kV选相控制断路器

E.永磁传动技术

8 75kW永磁涡流调速装置实验系统

9 315kW永磁涡流调速装置实验系统

(3)论文专著

代表性SCI论文

[1]Heyun Lin, Xianbing Wang, Shuhua Fang, Ping Jin, S. L. Ho. “Design, optimization and intelligent control of permanent-magnet contactor,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.60, no.11, pp.5148-5159, Nov.2013. 

[2]Heyun Lin, Xiping Liu, Z.Q. Zhu, Shuhua Fang, “Analysis and control of a dual-stator hybrid excitation synchronous wind generator,” Electric Power Applications, IET, vol. 5, no.8, pp.628-635, Sep. 2011.

[3]Shuhua Fang, Heyun Lin, S. L. Ho, Xianbing Wang, Ping Jin, Yunkai Huang and Shiyou Yang. “Contact parameter computation and analysis of air circuit breaker with permanent magnet actuator,” Journal of Electrical Engineering & Technology, vol.8, no.3, pp. 595-602, May. 2013.

[4]Shuhua Fang, Heyun Lin, Ho S. L., Xianbing Wang, Ping Jin, “Characteristic investigation of permanent magnet actuator for vacuum contactors operating with an intrinsically safe low voltage,” Science China-Technological Sciences, vol. 55, no.6, pp. 1688- 1694, Jun. 2012. 

[5]Shuhua Fang, Heyun Lin, S. L. Ho, Xianbing Wang, and Ping Jin, “Contact parameter computation and analysis of air circuit breaker with permanent magnet actuator,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 45, no.10, pp.4566-4569, 2009. 

[6]Shuhua Fang, Heyun Lin, and Siu Lau Ho, “Transient co-simulation of low voltage circuit breaker with permanent magnet actuator,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 45, no.3, pp.1242-1245, March 2009.

[7]Shuhua Fang, Heyun Lin, Siu Lau Ho, “Magnetic field analysis and dynamic characteristic prediction of AC permanent-magnet contactor,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 45, no.7, pp.2990-2995, July 2009. 

[8]Shuhua Fang, Heyun Lin, Siu Lau Ho, Xianbing Wang, Ping Jin, and Hengchuan Liu, “Characteristics analysis and simulation of permanent magnet actuator with a new control method for air circuit breaker,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 45, no.10, pp.4566-4569, Oct. 2009.

[9]Huang, Yunkai,Guo, Baocheng,Hemeida, Ahmed,Sergeant, Peter,Analytical Modeling of Static Eccentricities in Axial Flux Permanent-Magnet Machines with Concentrated Windings, Energies, 2016.11.01, 9(11)

[10]Y. Huang, T. Zhou, J. Dong, H. Lin, H. Yang, and M. Cheng, “Magnetic Equivalent Circuit Modeling of Yokeless Axial Flux Permanent Magnet Machine With Segmented Armature,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 50, no. 11, pp. 1–4, 2014.

[11]Y. Huang, B. Ge, J. Dong, H. Lin, J. Zhu, and Y. Guo, “3-D Analytical Modeling of No-Load Magnetic Field of Ironless Axial Flux Permanent Magnet Machine,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 48, no. 11, pp. 2929–2932, 2012.

[12]Y. Huang, J. Dong, L. Jin, J. Zhu, and Y. Guo, “Eddy-Current Loss Prediction in the Rotor Magnets of a Permanent Magnet Synchronous Generator With Modular Winding Feeding a Rectifier Load,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 47, no. 10, pp. 4203–4206, 2011.

[13]H. Yang et al., “Design Synthesis of Switched Flux Hybrid-Permanent Magnet Memory Machines,” IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 32, no. 1, pp. 65–79, Mar. 2017.

[14]H. Yang et al., “Analysis of On-Load Magnetization Characteristics in a Novel Partitioned Stator Hybrid Magnet Memory Machine,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. PP, no. 99, pp. 1–1, 2017.

[15]H. Yang, H. Lin, Z. Q. Zhu, D. Wang, S. Fang, and Y. Huang, “A Variable-Flux Hybrid-PM Switched-Flux Memory Machine for EV/HEV Applications,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 52, no. 3, pp. 2203–2214, 2016.

[16]Hui Yang, Z. Q. Zhu, Heyun Lin, Shuhua Fang and Yunkai Huang, “Comparative Study of Novel Variable-Flux Memory Machines Having Stator Permanent Magnet Topologies,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 51, no. 11, Nov. 2015

[17]Hui Yang, Heyun Lin, Z. Q. Zhu, Shuhua Fang, and Yunkai Huang, “A Winding-Switching Concept for Flux Weakening in Consequent Magnet Pole Switched Flux Memory Machine,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 51, no.11, Nov. 2015.

[18]Hui Yang, Heyun Lin, Shuhua Fang, Z. Q. Zhu and Yunkai Huang, Flux-regulatable characteristics analysis of a novel switched-flux surface-mounted pm memory machine, IEEE Transactions on Magnetics. vol. 50, no. 11, Nov. 2014.

[19]Hui Yang, Heyun Lin, Z. Q. Zhu, Shuhua Fang, and Yunkai Huang, “Novel flux-regulatable dual-magnet vernier memory machines for electric vehicle propulsion,” IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 25, no, 4, Oct. 2014.

[20]Hui Yang, Heyun Lin, Jianning Dong, Jianhu Yan, Yunkai Huang, and Shuhua Fang, “Analysis of a novel switched-flux memory motor employing a time-divisional magnetization strategy,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 50, no. 2, Feb. 2014. 

[21]F. Peng, J. Ye, and A. Emadi, “A Digital PWM Current Controller for Switched Reluctance Motor Drives,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 10, pp. 7087–7098, 2016.

[22]F. Peng, J. Ye, and A. Emadi, “An Asymmetric Three-Level Neutral Point Diode Clamped Converter for Switched Reluctance Motor Drives,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. PP, no. 99, pp. 1–1, 2016.

[23]F. Peng, J. Ye, A. Emadi, and Y. Huang, “Position Sensorless Control of Switched Reluctance Motor Drives Based on Numerical Method,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. PP, no. 99, pp. 1–1, 2017.


代表性EI论文

[1]林鹤云,阳辉,黄允凯,房淑华,记忆电机的研究现状及最新发展,中国电机工程学报,2013, 33(33): 57-67. 

[2]房淑华,林鹤云,汪先兵,蔡彬,陈晓菊,王立强,永磁安装位置对永磁接触器动态特性的影响,电工技术学报, 2009, 24(09): 93-98

[3]房淑华,林鹤云,蔡彬,陈晓菊,陈咸,永磁接触器合闸过程的动态仿真及实验,电工技术学报, 2007, 22(02): 45-50

[4]房淑华,林鹤云,蔡彬,陈晓菊,永磁接触器磁场有限元分析及控制单元设计,中国电机工程学报, 2006, 26(22): 162-166

[5]黄允凯,周涛,基于等效磁路法的轴向永磁电机效率优化设计,电工技术学报,2015.01.01,30(02): 73-79

[6]黄允凯,周涛,董剑宁,郭保成,张莉, 轴向永磁电机及其研究发展综述,中国电机工程学报,2015.01.01,35(1):192-205


(4)授权发明专利

[1]林鹤云,汪先兵,房淑华,任其文,金平. 无位置传感器反向弱磁控制的智能永磁接触器,专利号:ZL201010173208.5

[2]林鹤云,汪先兵,金平,房淑华,毛万博. 永磁接触器操动机构,专利号:ZL200710134485.3

[3]林鹤云,汪先兵,房淑华,金平,毛万镈,任其文. 可远程通信智能保护式永磁接触器,专利号:ZL200910029944.0

[4]林鹤云,阳辉,金平,房淑华,黄允凯,颜建虎,张洋. 一种聚磁式磁通切换型永磁记忆电机,专利号:ZL201210558628.4

[5]林鹤云,阳辉,颜建虎,黄允凯,房淑华,金平,张洋. 一种多齿磁通切换型永磁记忆电机,专利号:ZL201210559055.7

[6]林鹤云,贾周,颜建虎,金平,黄明明. 大容量外转子三面定子横向磁通永磁风力发电机,专利号:ZL201110338570.8

[7]林鹤云,贾周,金平,颜建虎,黄明明. 大容量双C型定子双盘式转子横向磁通永磁风力发电机,专利号:ZL201110338559.1

[8]林鹤云,陆婋泉. 永磁同步电机的无传感器矢量控制系统和控制方法,专利号:ZL201310515909.6

[9]林鹤云,阳辉,董剑宁,壮而行,房淑华,黄允凯. 一种轴向磁场定子分割式磁通切换型记忆电机,专利号:ZL201310463648.8

[10]林鹤云,阳辉,壮而行,董剑宁,黄允凯,房淑华. 一种容错型定子分割式磁通切换型记忆电机,专利号:ZL201310431045.X

[11]林鹤云,阳辉,董剑宁,壮而行,房淑华,黄允凯. 一种轴向磁场磁通切换型表贴式永磁记忆电机,专利号:ZL201310432668.9

[12]林鹤云,徐喆明,房淑华,阳辉,柳庆东,陈亚彬. 一种用于高压大开距真空断路器的两级加速永磁机构,专利号:ZL201410272941.0

[13]林鹤云,张洋,董夏林,颜建虎,房淑华,黄允凯,阳辉. 一种轴向永磁异步风力发电机,专利号:ZL201310377425.X

[14]林鹤云,房淑华. 永磁接触器及其控制装置,专利号:ZL200510040937.2

[15]林鹤云,杨成峰. 混合励磁无刷爪极电动机,专利号:ZL200510040938.7

[16]林鹤云,金平,房淑华,汪先兵,毛万镈. 一种直线往复运动的永磁操动机构,专利号:ZL200910028009.2

[17]林鹤云,颜建虎,冯奕. 磁通切换型混合励磁横向磁通风力发电机,专利号:ZL200910026057.8

[18]林鹤云,颜建虎,冯奕. 磁通切换型横向磁通永磁风力发电机,专利号:ZL200910026058.2

[19]林鹤云,颜建虎,冯奕. 磁通切换型聚磁式横向磁通永磁风力发电机,专利号:ZL201010100924.0

[20]林鹤云,汪先兵,房淑华,金平,毛万镈,任其文. 一种永磁接触器智能化控制模块,专利号:ZL200910028385.1

[21]林鹤云,房淑华,汪先兵,金平,毛万镈,任其文. 一种具有辅助触点的永磁接触器的控制装置,专利号:ZL200910028387.0

[22]林鹤云,杨成峰. 非对称交错混合励磁同步电动机,专利号:ZL200710020564.1

[23]林鹤云,郭健,杨成峰. 缓谐波节能变压器,专利号:ZL200710025640.8

[24]林鹤云,李桃,杨成峰,郭健. 混合励磁盘式涡流传动调速装置,专利号:ZL200810019065.5

[25]林鹤云,李桃,杨成峰,郭健. 异步启动永磁同步传动联轴器,专利号:ZL200810018938.0

[26]林鹤云,金平,房淑华,汪先兵,毛万镈. 具有快速充放电控制特性的双稳态永磁交流接触器,专利号:ZL200810024641.5

[27]林鹤云,房淑华. 一种低压万能式空气断路器机构及其控制方法,专利号:ZL200710133929.1

[28]林鹤云,金平,毛万镈,汪先兵,房淑华. 永磁式接触器操动机构,专利号:ZL200710133935.7

[29]林鹤云,郭健,李桃. 永磁涡流传动装置,专利号:ZL200710134483.4

[30]林鹤云,刘细平,杨成峰. 大容量直驱型多层定转子永磁风力发电机,专利号:ZL200610037845.3

[31]林鹤云,金平,房淑华,汪先兵,毛万镈,任其文. 一种分离磁路永磁机构接触器及其控制单元,专利号:ZL200910026110.4

[32]林鹤云,冯奕,阳辉,张洋. 飞轮储能系统双向变换器及其控制方法,专利号:ZL201410149597.6

[33]林鹤云,阳辉,房淑华,黄允凯. 一种高功率密度的磁通切换型混合永磁记忆电机,专利号:ZL201410241364.9

[34]林鹤云,阳辉,壮而行,颜建虎,黄允凯,房淑华. 一种多齿型永磁内嵌式磁通切换型记忆电机,专利号:ZL201310428783.9

[35]林鹤云,徐喆明,房淑华. 用于高压真空断路器的三线圈永磁机构,专利号:ZL201410371160.7

[36]房淑华,林鹤云,汪先兵,金平,郭立家,陈祥. 一种超高压真空断路器快速操动机构及其控制方法,专利号:ZL201010574242.3

[37]房淑华,柳庆东,黄允凯,陈亚彬,徐喆明,林鹤云. 一种双稳态永磁真空断路器快速分合闸的控制装置及方法,专利号:ZL201410366377.9

[38]房淑华,林鹤云,金平,汪先兵,郭立家. 一种直线旋转两自由度哈尔巴赫永磁作动器,专利号:ZL201010534992.8

[39]房淑华,林鹤云,金平,汪先兵,郭立家. 直线旋转永磁作动器,专利号:ZL201010539294.7

[40]黄允凯,董剑宁,金龙, 一种飞轮脉冲永磁电机及工作方法,专利号:20120060621.X

[41]黄允凯,董剑宁,金龙, 一种透平膨胀机永磁发电机的冷却系统及其工作方法,专利号:201310207938.6

[42]黄允凯,王春森, 一种轴向磁通永磁感应风力发电机,专利号:201210403240.7

[43]阳辉,林鹤云,颜建虎,黄允凯,房淑华,金平,张洋. 一种磁通切换型永磁记忆电机,专利号:ZL201210560231.9

[44]阳辉,林鹤云,颜建虎,黄允凯,房淑华,壮而行,张洋. 一种磁通切换型内置式永磁记忆电机,专利号:ZL201310149285.0


(5)所获荣誉

[1]林鹤云,2014年,“2.5MW直驱永磁风电机组研发及产业化”获江苏省科学技术奖二等奖,排名第二;

[2]林鹤云,房淑华,2011年,“永磁开关设计关键技术及其应用”获江苏省科学技术三等奖,排名分列第一和第二。

[3]房淑华,江苏省优秀博士论文,“永磁操动机构设计分析方法与应用研究”,2010年(指导教师:林鹤云教授)

[4]阳辉,2015年国际新能源汽车及可再生能源会议(EVER 2015)—最佳论文奖

[5]阳辉2014年国际电机与系统会议(ICEMS 2014)—最佳论文奖