基于有取向硅鋼的軸向磁通開關磁阻電機分析和設計.pdf

1、開關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，具有結構堅固、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)矩密度制約了開關磁阻電機的更廣泛應用。本文以提高軸向磁通開關磁阻電機轉(zhuǎn)矩密度、降低鐵耗為主要目標展開了理論分析和優(yōu)化設計，并通過樣機實驗對電機分析、設計結果進行了驗證，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磁阻電機結構

2、特點的分析，提出了齒軛分離的模塊化電機拓撲結構，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構具有更高的功率密度。
　　2.提出不同電機定子結構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磁阻電機應用的有效性。
　　3.針對軸向磁通開關磁阻電機定、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，確定初步電磁設計方案。在準三維磁路法分析的基礎上，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)子齒極弧等主要設計參數(shù)進行了優(yōu)化分析和設計，研究結果表明：基于有取向硅鋼材料的軸向磁通開關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)化設計與有限元分析相結合的方法，對電機在不同故障條件下，軸向不平衡磁拉力造成的轉(zhuǎn)子護套結構應力、變形問題進行分析；在滿足電磁性能指標的前提下，得到電機結構優(yōu)化參數(shù)。
　　5.根據(jù)晶粒有取向硅鋼材料特性，結合開關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磁阻電機的靜、穩(wěn)態(tài)參數(shù)一體化測試平臺。在此基礎上，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