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

1、開關(guān)磁阻電機(jī)作為電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的一種部件，具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、成本低廉、容錯(cuò)性能強(qiáng)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高等優(yōu)點(diǎn)。但與永磁同步電機(jī)相比，較低的轉(zhuǎn)矩密度制約了開關(guān)磁阻電機(jī)的更廣泛應(yīng)用。本文以提高軸向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度、降低鐵耗為主要目標(biāo)展開了理論分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過樣機(jī)實(shí)驗(yàn)對電機(jī)分析、設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)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(jī)用鐵磁材料特性及其適用范圍的詳細(xì)比較，以及對軸向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)

2、特點(diǎn)的分析，提出了齒軛分離的模塊化電機(jī)拓?fù)浣Y(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(dǎo)率特點(diǎn)，使提出的模塊化電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有更高的功率密度。
　　2.提出不同電機(jī)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(yùn)行路徑，改善電機(jī)定子齒、軛連接部的磁路分布，從而進(jìn)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(jī)應(yīng)用的有效性。
　　3.針對軸向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)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(diǎn)，利用準(zhǔn)三維磁路法對軸向磁通電機(jī)展開徑向分層研究，提高分析精度，確定初步電磁設(shè)計(jì)方案。在準(zhǔn)三維磁路法分析的基礎(chǔ)上，利用準(zhǔn)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(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)，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(jī)電磁性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)無取向材料電機(jī)。
　　4.根據(jù)電磁仿真得到的電機(jī)損耗分布結(jié)果，進(jìn)行溫度場

4、有限元分析，確定電機(jī)在不同工作負(fù)荷下的運(yùn)行溫度點(diǎn)，進(jìn)而設(shè)置環(huán)氧樹脂玻璃布層壓板轉(zhuǎn)子護(hù)套在特定溫度下的機(jī)械特性參數(shù)。利用簡化Taguchi優(yōu)化設(shè)計(jì)與有限元分析相結(jié)合的方法，對電機(jī)在不同故障條件下，軸向不平衡磁拉力造成的轉(zhuǎn)子護(hù)套結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形問題進(jìn)行分析；在滿足電磁性能指標(biāo)的前提下，得到電機(jī)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(jī)不同運(yùn)行狀態(tài)下的控制策略和各相繞組導(dǎo)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(jī)性能。研究表明，在特定優(yōu)化角度條件下的電機(jī)平均轉(zhuǎn)矩和鐵耗均優(yōu)于軋制方向垂直于電機(jī)軸向方向時(shí)的初始數(shù)值。
　　6.搭建了軸向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)的靜、穩(wěn)態(tài)參數(shù)一體化測試平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，測量了樣機(jī)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(jìn)行比較，分析誤差產(chǎn)生的原因，驗(yàn)證了有限元模型分析設(shè)計(jì)的可靠性。在樣機(jī)穩(wěn)態(tài)參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)中，對不同導(dǎo)通角和負(fù)載條件下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩、效率等電磁性能進(jìn)行了對比分析