基于有取向硅鋼的軸向磁通開關(guān)磁阻電機分析和設(shè)計.pdf

1、開關(guān)磁阻電機作為電力驅(qū)動系統(tǒng)中實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的一種部件，具有結(jié)構(gòu)堅固、成本低廉、容錯性能強、啟動轉(zhuǎn)矩高等優(yōu)點。但與永磁同步電機相比，較低的轉(zhuǎn)矩密度制約了開關(guān)磁阻電機的更廣泛應(yīng)用。本文以提高軸向磁通開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)矩密度、降低鐵耗為主要目標展開了理論分析和優(yōu)化設(shè)計，并通過樣機實驗對電機分析、設(shè)計結(jié)果進行了驗證，主要研究工作及成果可以歸納為以下幾方面：
　　1.根據(jù)對電機用鐵磁材料特性及其適用范圍的詳細比較，以及對軸向磁通開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)

2、特點的分析，提出了齒軛分離的模塊化電機拓撲結(jié)構(gòu)，在定、轉(zhuǎn)子齒部選擇晶粒有取向硅鋼材料，利用其軋制方向上的高磁導率特點，使提出的模塊化電機拓撲結(jié)構(gòu)具有更高的功率密度。
　　2.提出不同電機定子結(jié)構(gòu)以提高晶粒有取向硅鋼材料軋制方向上的利用率，減小磁通在該材料非軋制方向上的運行路徑，改善電機定子齒、軛連接部的磁路分布，從而進一步提高晶粒有取向硅鋼材料在軸向磁通開關(guān)磁阻電機應(yīng)用的有效性。
　　3.針對軸向磁通開關(guān)磁阻電機定、轉(zhuǎn)子齒形

3、在不同圓周半徑上極弧角度變化不一致的特點，利用準三維磁路法對軸向磁通電機展開徑向分層研究，提高分析精度，確定初步電磁設(shè)計方案。在準三維磁路法分析的基礎(chǔ)上，利用準三維有限元方法對基于不同鐵磁材料模型的轉(zhuǎn)子直徑比、定子齒極弧、定子軛部軸向長度以及轉(zhuǎn)子齒極弧等主要設(shè)計參數(shù)進行了優(yōu)化分析和設(shè)計，研究結(jié)果表明：基于有取向硅鋼材料的軸向磁通開關(guān)磁阻電機電磁性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)無取向材料電機。
　　4.根據(jù)電磁仿真得到的電機損耗分布結(jié)果，進行溫度場

4、有限元分析，確定電機在不同工作負荷下的運行溫度點，進而設(shè)置環(huán)氧樹脂玻璃布層壓板轉(zhuǎn)子護套在特定溫度下的機械特性參數(shù)。利用簡化Taguchi優(yōu)化設(shè)計與有限元分析相結(jié)合的方法，對電機在不同故障條件下，軸向不平衡磁拉力造成的轉(zhuǎn)子護套結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形問題進行分析；在滿足電磁性能指標的前提下，得到電機結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)。
　　5.根據(jù)晶粒有取向硅鋼材料特性，結(jié)合開關(guān)磁阻電機不同運行狀態(tài)下的控制策略和各相繞組導通角的取值范圍，提出了定、轉(zhuǎn)子齒中有取向硅

5、鋼材料的軋制方向優(yōu)化選擇策略，以提高電機性能。研究表明，在特定優(yōu)化角度條件下的電機平均轉(zhuǎn)矩和鐵耗均優(yōu)于軋制方向垂直于電機軸向方向時的初始數(shù)值。
　　6.搭建了軸向磁通開關(guān)磁阻電機的靜、穩(wěn)態(tài)參數(shù)一體化測試平臺。在此基礎(chǔ)上，測量了樣機不同轉(zhuǎn)子位置處的靜態(tài)磁鏈，并與電磁場有限元仿真結(jié)果進行比較，分析誤差產(chǎn)生的原因，驗證了有限元模型分析設(shè)計的可靠性。在樣機穩(wěn)態(tài)參數(shù)測試實驗中，對不同導通角和負載條件下的電機轉(zhuǎn)矩、效率等電磁性能進行了對比分析