林　楠　王　東　魏　錕　程思為　易新強(qiáng)

(海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　武漢　430033)

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高速混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及調(diào)壓性能

林楠王東魏錕程思為易新強(qiáng)

(海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室武漢430033)

摘要針對(duì)高速永磁發(fā)電機(jī)在負(fù)載或轉(zhuǎn)速變化時(shí)難以維持輸出電壓恒定的問題，提出了一種新型混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。詳細(xì)介紹了其結(jié)構(gòu)與調(diào)壓原理，建立了發(fā)電機(jī)的等效磁路模型，推導(dǎo)了空載調(diào)壓范圍的解析公式；利用三維有限元方法深入分析了發(fā)電機(jī)磁場的分布規(guī)律與調(diào)節(jié)能力；研制了一臺(tái)10 kW混合勵(lì)磁原理樣機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果表明新型混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)能夠滿足調(diào)壓要求，并驗(yàn)證了該發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和分析方法的合理性。

關(guān)鍵詞：高速永磁發(fā)電機(jī)混合勵(lì)磁調(diào)壓等效磁路

0引言

隨著艦船電力系統(tǒng)從交流電制到直流電制的轉(zhuǎn)變，發(fā)電機(jī)不再受負(fù)載頻率限制，采用高速發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)明顯[1]。由于高速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高，功率密度大，其重量和體積遠(yuǎn)小于同容量的中低速發(fā)電機(jī)，并可與高速原動(dòng)機(jī)直接相連，省去了傳統(tǒng)的機(jī)械變速裝置，因此大幅降低了整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的重量、體積和振動(dòng)噪聲[2]。目前高速發(fā)電機(jī)已成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，主要分為電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)和感應(yīng)發(fā)電機(jī)三種類型[3]。

電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)需要電刷滑環(huán)或旋轉(zhuǎn)整流裝置，存在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜及勵(lì)磁損耗大的問題，難以滿足高速運(yùn)行時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度和散熱要求；永磁同步發(fā)電機(jī)無需轉(zhuǎn)子勵(lì)磁裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單及效率高的優(yōu)勢(shì)[4]，但傳統(tǒng)永磁同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁場調(diào)節(jié)困難，從而導(dǎo)致輸出電壓不可控，成為制約其作為發(fā)電機(jī)的重要瓶頸；感應(yīng)發(fā)電機(jī)不僅具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢(shì)，而且通過定子上的交流勵(lì)磁繞組能夠?qū)崿F(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，但交流勵(lì)磁繞組的無功功率相對(duì)較大，加大了定子熱負(fù)荷[5]。

為了改善上述3種電機(jī)的不足，學(xué)者們提出了混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的技術(shù)路線[6-9]。混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)是在永磁發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上引入輔助勵(lì)磁繞組，由永磁體建立主磁場，輔助勵(lì)磁繞組提供調(diào)節(jié)氣隙磁場所需的磁動(dòng)勢(shì)[10-15]。雖然混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)增加了輔助勵(lì)磁繞組，在效率和功率密度方面均要遜色于同類型的純永磁發(fā)電機(jī)，但現(xiàn)有的純永磁發(fā)電機(jī)均需要外接全功率變流裝置進(jìn)行調(diào)壓，隨著輸出功率的增加，這種全功率變流裝置會(huì)顯著增加整個(gè)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的成本，且存在功率密度低、效率偏低和可靠性不高等缺點(diǎn)，從而削弱了永磁發(fā)電機(jī)本體的優(yōu)勢(shì)，因此，從整個(gè)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)來看，在負(fù)載或轉(zhuǎn)速變化時(shí)要求電壓可調(diào)的應(yīng)用場合，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)和實(shí)用價(jià)值。

近年來在國內(nèi)外研究人員的努力下，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)呈現(xiàn)出多種不同的結(jié)構(gòu)，并得到不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新。文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了一臺(tái)100 kW轉(zhuǎn)子并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子上需要電刷滑環(huán)提供勵(lì)磁電流，轉(zhuǎn)子表面線速度難以達(dá)到100 m/s。本文的研究目標(biāo)是轉(zhuǎn)子表面線速度大于150 m/s的兆瓦級(jí)高速大功率發(fā)電機(jī)，如果轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁繞組，將使轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜而失去了永磁電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，因此本文重點(diǎn)關(guān)注輔助勵(lì)磁繞組位于定子上的混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。文獻(xiàn)[16]提出了一種鐵心極與永磁極交錯(cuò)排列的轉(zhuǎn)子混合磁極結(jié)構(gòu)，輔助的環(huán)形勵(lì)磁繞組位于定子鐵心內(nèi)，通過調(diào)節(jié)環(huán)形勵(lì)磁繞組電流來調(diào)節(jié)鐵心極的氣隙磁場，從而達(dá)到調(diào)壓的目的，但其鐵心極和永磁極長度相同，導(dǎo)致功率密度較低。文獻(xiàn)[17，18]對(duì)上述電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，增加了永磁部分的比例，并對(duì)電機(jī)的原理、參數(shù)設(shè)計(jì)以及調(diào)壓特性進(jìn)行了研究，但未考慮輔助勵(lì)磁繞組對(duì)永磁極氣隙磁場的影響。文獻(xiàn)[19]提出了混合勵(lì)磁型磁通切換電機(jī)，定子上既有永磁體又有電勵(lì)磁繞組，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，電樞繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是依靠轉(zhuǎn)子磁阻變化產(chǎn)生，但用作高速發(fā)電時(shí)鐵心損耗過大。文獻(xiàn)[20，21]提出的爪極混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)是利用定子端蓋或特別設(shè)計(jì)的爪極結(jié)構(gòu)為電勵(lì)磁磁通提供磁路，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的無刷化，不足之處是存在附加氣隙，導(dǎo)致勵(lì)磁容量增大，同時(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，漏磁較嚴(yán)重，這些都將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的損耗增加，從而降低發(fā)電機(jī)的效率。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)做了許多工作[22-25]?，F(xiàn)有的混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)大多存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、附加氣隙大及利用系數(shù)不高等問題，過于強(qiáng)調(diào)氣隙磁場的調(diào)節(jié)能力，而忽視了發(fā)電機(jī)的效率和功率密度。特別是用作高速大功率發(fā)電機(jī)的混合勵(lì)磁電機(jī)還鮮見報(bào)道。

本文在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了一種新型的高速混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，最大程度地保留了永磁發(fā)電機(jī)的固有特性，在發(fā)電機(jī)兩側(cè)加入輔助勵(lì)磁部分，改善調(diào)壓性能的同時(shí)，又能滿足高速運(yùn)行的要求。首先詳細(xì)介紹了其結(jié)構(gòu)與原理，建立了發(fā)電機(jī)的等效磁路法模型，推導(dǎo)了空載調(diào)壓范圍的解析公式，然后利用三維有限元方法深入分析了發(fā)電機(jī)的磁場分布規(guī)律與調(diào)節(jié)能力，最后通過一臺(tái)10 kW混合勵(lì)磁原理樣機(jī)的試驗(yàn)，驗(yàn)證了該發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和分析方法的合理性。

1發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及調(diào)壓原理

新型混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要由兩部分組成，其中全永磁部分位于發(fā)電機(jī)中部，輔助勵(lì)磁部分位于發(fā)電機(jī)兩側(cè)。定子鐵心由三段硅鋼片疊壓組成，電樞繞組貫穿整個(gè)定子，在定子鐵心內(nèi)布置兩組環(huán)形勵(lì)磁繞組，串聯(lián)后構(gòu)成輔助勵(lì)磁繞組，定子鐵心外圓套有導(dǎo)磁套筒，為輔助勵(lì)磁繞組提供軸向磁路。全永磁部分的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的表貼式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子相同，輔助勵(lì)磁部分的轉(zhuǎn)子鐵心極和永磁極交錯(cuò)排列。

圖1　新型混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　Structure of the proposed HESG

調(diào)壓原理是利用永磁極與鐵心極的磁阻不同，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小和方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵心極氣隙磁場的調(diào)節(jié)。輔助勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁通路徑為：轉(zhuǎn)子鐵心極→氣隙→定子鐵心→導(dǎo)磁套筒→定子鐵心→氣隙→轉(zhuǎn)子鐵心極→轉(zhuǎn)子軛部→轉(zhuǎn)子鐵心極。

當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載增加時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用增強(qiáng)，導(dǎo)致輸出電壓降低。此時(shí)應(yīng)在輔助勵(lì)磁繞組中通入增磁電流，使其產(chǎn)生的磁場對(duì)鐵心極起到增磁的作用，同一極下的鐵心極和永磁極磁場方向相同，兩者疊加后總磁通增大，輸出電壓升高。增磁原理如圖2所示。

圖2　勵(lì)磁電流增磁的磁通路徑示意圖Fig.2　Magnetic flux path of the current excitation with positive field currents

當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載減小時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用減弱，導(dǎo)致輸出電壓升高。此時(shí)應(yīng)在輔助勵(lì)磁繞組中通入去磁電流，使同一極下的鐵心極和永磁極磁場方向相反，總磁通減小，輸出電壓降低。去磁原理如圖3所示。

圖3　勵(lì)磁電流去磁的磁通路徑示意圖Fig.3　Magnetic flux path of the current excitation with negative field currents

綜上所述，利用鐵心極和永磁極的磁阻差異，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小和方向，能夠改變氣隙總磁通，從而在負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化時(shí)維持輸出電壓恒定。

2調(diào)壓性能分析

2.1等效磁路法

新型混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)磁場分布較復(fù)雜，磁路呈現(xiàn)典型的三維特性。為了便于分析，本文從磁路法入手，根據(jù)新型混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的磁路特點(diǎn)，建立了等效磁路模型，如圖4所示。

圖4　等效磁路模型Fig.4　Equivalent magnetic circuit model

圖4中，F(xiàn)sf和Fm分別為環(huán)形勵(lì)磁繞組和永磁體產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)；Rst和Rrt分別為定子導(dǎo)磁套筒磁阻和轉(zhuǎn)子軸向磁阻；Rs和Rsf分別為全永磁部分和輔助勵(lì)磁部分的定子鐵心磁阻；Rg和Rgf分別為全永磁部分和輔助勵(lì)磁部分的氣隙磁阻；Rfe和Rpm分別為鐵心極和永磁極的磁阻；Rr和Rrf分別為全永磁部分和輔助勵(lì)磁部分的轉(zhuǎn)子鐵心磁阻；Rfl和Rrl分別為環(huán)形勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子鐵心極的漏磁阻。

由于該發(fā)電機(jī)采用表貼式磁極結(jié)構(gòu)，永磁體表面需要設(shè)置護(hù)套，其電磁氣隙較大，因此在鐵心不飽和的前提下，氣隙磁阻和永磁體磁阻都遠(yuǎn)大于鐵心磁阻，為了簡化計(jì)算，可忽略徑向定子鐵心磁阻Rs和Rsf和轉(zhuǎn)子鐵心磁阻Rr和Rrf，漏磁阻Rfl和Rrl則通過漏磁系數(shù)計(jì)入，從而將等效磁路模型簡化為圖5所示。

圖5　簡化磁路模型Fig.5　Simplified magnetic circuit model

根據(jù)簡化磁路模型可知：

合成氣隙磁通為

Φg=Φg_pm+Φg_fe+Φg_pmf

(1)

式中，全永磁部分磁通Φg_pm為

(2)

輔助勵(lì)磁部分鐵心極磁通Φg_fe為

(3)

輔助勵(lì)磁部分永磁極磁通Φg_pmf為

(4)

勵(lì)磁電流雙向調(diào)節(jié)，總磁通的最大變化范圍為

(5)

空載反電動(dòng)勢(shì)為

E0=4KNmKdpfNΦg

(6)

空載調(diào)壓范圍為

ΔU0=4KNmKdpfNΔΦg

(7)

式中，KNm為氣隙磁場波形系數(shù)；Kdp為電樞繞組系數(shù)；f為頻率；N為電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)。由此，可根據(jù)不同的調(diào)壓需求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的輔助勵(lì)磁部分結(jié)構(gòu)尺寸。

2.2三維有限元仿真

為了準(zhǔn)確掌握該發(fā)電機(jī)的磁場分布及調(diào)節(jié)能力，下面利用三維電磁場有限元仿真軟件對(duì)其進(jìn)行深入分析。建立一對(duì)極的三維有限元模型，采用四面體單元剖分，并在氣隙處加密網(wǎng)格，發(fā)電機(jī)總單元數(shù)為382 542，網(wǎng)格剖分如圖6所示。

圖6　三維有限元模型網(wǎng)格剖分圖Fig.6　3D FEA model of the proposed HESG

圖7為勵(lì)磁電流不同時(shí)，沿發(fā)電機(jī)軸向分布的氣隙磁通密度以及輔助部分沿周向分布的氣隙磁通密度?？煽闯稣{(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小和方向，全永磁部分的磁通密度基本不變，輔助部分永磁極的氣隙磁通密度變化也較小，而輔助部分鐵心極的氣隙磁通密度發(fā)生明顯變化，從而使每極總磁通得到有效調(diào)節(jié)。需要注意的是，同一極兩側(cè)輔助部分的永磁極與鐵心極氣隙磁通密度變化相反，說明環(huán)形勵(lì)磁繞組在調(diào)節(jié)輔助部

分鐵心極氣隙磁場的同時(shí)，對(duì)輔助部分永磁極氣隙磁場也有一定影響。

圖7　氣隙磁通密度隨勵(lì)磁電流的變化規(guī)律Fig.7　Air-gap flux density distribution of the HESG

表1對(duì)比了三維有限元法和磁路法得到的發(fā)電機(jī)各部分氣隙磁通密度，可見兩種方法的計(jì)算結(jié)果相近。誤差在去磁時(shí)較大，這是由于勵(lì)磁電流產(chǎn)生的軸向磁通與永磁磁通疊加，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子鐵心軸向磁路飽和，而磁路法計(jì)算時(shí)沒有考慮鐵心飽和的影響。

表1　有限元與等效磁路法的氣隙磁通密度對(duì)比

3試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證新型混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的調(diào)壓性能和分析方法，本文研制了一臺(tái)10 kW混合勵(lì)磁原理樣機(jī)，主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

試驗(yàn)平臺(tái)如圖8所示，原理樣機(jī)的十二相電樞繞組引出后連接四組三相整流橋，四組并聯(lián)后連接直流負(fù)載，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置控制勵(lì)磁電流的大小和方向。

表2　原理樣機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖8　混合勵(lì)磁原理樣機(jī)及其試驗(yàn)平臺(tái)Fig.8　The HESG prototype and test platform

首先，分析了原理樣機(jī)的空載反電動(dòng)勢(shì)特性。當(dāng)勵(lì)磁電流為零時(shí)，空載線反電動(dòng)勢(shì)和諧波分析如圖9所示。可見有限元仿真結(jié)果與試驗(yàn)波形基本相同，證明了三維有限元模型的正確性?？蛰d線反電動(dòng)勢(shì)中含有少量5次諧波，使波峰變?yōu)槠巾?。這是由于本文研究對(duì)象為十二相整流發(fā)電機(jī)，與交流發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)有所不同，要求直流側(cè)電壓脈動(dòng)系數(shù)盡可能小，因此將空載反電動(dòng)勢(shì)波形設(shè)計(jì)為梯形波。

圖9　空載反電動(dòng)勢(shì)分析Fig.9　Analysis of no-load back EMF

然后，固定勵(lì)磁電流分別為-15 A、0 A、15 A不變，分析了空載反電動(dòng)勢(shì)有效值隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。由于需要分析的工況較多，這里采用磁路法與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖10所示。由圖可見磁路法與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，大幅提高了計(jì)算速度。通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，能夠使空載反電動(dòng)勢(shì)在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)維持恒定。

圖10　空載反電動(dòng)勢(shì)有效值隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律Fig.10　The change regulation of no-load back EMF with speed

最后，在額定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行了空載調(diào)壓試驗(yàn)，作為整流發(fā)電機(jī)，通常以直流側(cè)電壓的調(diào)節(jié)性能為研究對(duì)象。圖11為勵(lì)磁電流If不同時(shí)，實(shí)測直流側(cè)電壓Udc與磁路法計(jì)算結(jié)果對(duì)比。由圖可見空載調(diào)壓范圍達(dá)到20%。當(dāng)勵(lì)磁電流增磁時(shí)，兩者吻合較好；隨著去磁電流增加，鐵心磁阻的非線性導(dǎo)致誤差逐漸增大，最大相對(duì)誤差不超過5%，說明磁路法可滿足工程設(shè)計(jì)要求。

圖11　空載調(diào)壓試驗(yàn)Fig.11　Test of no-load voltage regulation

4結(jié)論

本文提出了一種新型的高速混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，詳細(xì)介紹了電機(jī)結(jié)構(gòu)與調(diào)壓原理，建立了發(fā)電機(jī)的等效磁路模型，推導(dǎo)了混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的空載調(diào)壓范圍，利用三維有限元法深入分析了發(fā)電機(jī)的磁場分布規(guī)律與調(diào)節(jié)能力。分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。利用等效磁路模型能夠根據(jù)不同的調(diào)壓需求，快速設(shè)計(jì)出相應(yīng)的輔助勵(lì)磁部分，避免了設(shè)計(jì)初期對(duì)三維有限元模型的頻繁調(diào)整，為下一步高速大功率混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的研制奠定了理論基礎(chǔ)。

新型混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)具有以下特點(diǎn)：

1)兩側(cè)環(huán)形勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場對(duì)中間全永磁部分的作用相互抵消，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流對(duì)全永磁部分基本沒有影響，發(fā)電機(jī)整體具有較好的對(duì)稱性。

2)勵(lì)磁繞組位于定子內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了無刷化勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，提高了發(fā)電機(jī)高速運(yùn)行的可靠性。

3)由于電勵(lì)磁磁通主要經(jīng)過鐵心極，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流不會(huì)引起永磁體的不可逆失磁，而且磁路中不存在附加氣隙，所需的勵(lì)磁繞組容量較小。

4)全永磁部分作為發(fā)電機(jī)的主發(fā)電部分，使發(fā)電機(jī)具有較高的效率和功率密度，輔助勵(lì)磁部分只提供電壓調(diào)節(jié)所需的磁場變化，合理設(shè)計(jì)全永磁部分和輔助勵(lì)磁部分的比例，可滿足不同應(yīng)用場合的調(diào)壓要求。

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林楠男，1988年生，博士研究生，研究方向?yàn)榧苫l(fā)電技術(shù)。

E-mail：ln3553@126.com(通信作者)

王東男，1978年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榧苫l(fā)電技術(shù)、電力推進(jìn)、獨(dú)立電源系統(tǒng)等。

E-mail：wangdongl@vip.sina.com

Structure and Voltage Regulation Performance of High Speed Hybrid Excitation Synchronous Generators

LinNanWangDongWeiKunChengSiweiYiXinqiang

(National Key Laboratory of Science and Technology on Vessel Integrated Power System Naval University of EngineeringWuhan430033China)

AbstractFor conventional high speed permanent magnet generators, it is difficult to maintain constant terminal voltages when a load change or speed change occurs. Therefore, this paper proposes a novel hybrid excitation synchronous generator (HESG) and describes its structure characteristics and operation principles in detail. To facilitate the machine design and optimization process, the paper establishes an equivalent magnetic circuit model for the HESG and analytically derives its no-load voltage regulation range. The 3D finite element analyses (FEA) are performed to analyze the magnetic field distributions and the control capability with various field currents. A 10 kW prototype machine is fabricated and tested. Experimental results demonstrate that the proposed HESG can satisfy the voltage regulation requirement and verify the rationality of the structure and analysis method.

Keywords：High speed permanent magnet generator, hybrid excitation, voltage regulation, equivalent magnetic circuit

作者簡介

中圖分類號(hào)：TM351

收稿日期2015-07-28改稿日期2015-10-14

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展(973)計(jì)劃(2013CB035601)、國家自然科學(xué)基金(51137005，51222705)和全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文作者專項(xiàng)資金(201152)資助。