开关磁阻电机结构优化

《开关磁阻电机结构优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、开关磁阻电机结构优化现状与发展趋势摘要：作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机以其结构简单、起动转矩大、稳定性高等优点在石油、航空、电动汽车等领域得到了发展和广泛应用。然而这种电机自身存在转矩脉动大、噪声明显等缺陷，对其在某些特殊场合的进一步应用造成了不利的影响。长期以来，为了进一步提高开关磁阻电机的各项性能，国内外研究者对开关磁阻电机的结构优化，开展了广泛、系统和深入1也研究工作，取得了一些具有建设意义的成果。因此，对上述研究工作，进行合理有序的梳理和评述，不但有利于常握该领域研究动态，更有助于优化该领域发展思路。鉴于此，本文在收集国内外开关磁阻电机结构优化文献的基础上，对其

2、研究现状和发展方向进行了较为全面系统的探讨、分析与展望，以求能够为开关磁阻电机设计制造和运行检修水平的进一步提升，提供有益参考。关键词：开关磁阻电机；绕线方式；励磁方式；电磁场逆问题；优化；发展动态0引言随着科学技术和工业化的快速发展，工业自动化程度的曰益加深，电机的应用领域不断扩大。现如今，国内外对电机的研究，尤其针对电机的技术方面，进行了更深入地研究。诸如定、转子在更高电压的情况下，如何进一步优化其绝缘性能；考虑电机的电磁性能，对电机实行变速变频等优化控制；新产品开发中，广泛运用ANSOFT、FLUENT>ANSYS等软件从电机电磁场、机械强度和应力、转子动力特性、温升和温

3、度场等方血进行有限元计算分析。此外，如徳国西门子公司、日本三菱电机有限公司等企业与上国内电机厂合作研究新型电机产品，技术上呈现优劣互补的特点，目前已研发出的新产品有如VFD同步电机、超高速永磁同步电机、高温超导电机、低温潜液泵电机等等。本文将依托开关磁阻电机这一成果，对其技术优化方面作阐述总结。1开关磁阻电机本体结构优化开关磁阻电机理论体系和计算电磁学的不断发展为电机结构的优化提供了基础，以国外的纽卡斯尔大学、利兹大学、东京理科大学，国内的南京航空航天大学、浙江大学、华中科技大学为代表的科研机构，提出了许多新型开关磁阻电机结构来改善其性能，基本可以概括为三个方面：定子绕线方式优

4、化、定转子结构优化、励磁方式优化。1•1定子绕线方式优化绕组的连接方式直接影响到开关磁阻电机内部磁场的分布，不同的绕线方式下电机的性能有很大的不同。绕组的连接方式分为整距绕组和短距绕组，根据相对极磁场的方向乂可以分为正向串联和反向串联。分析了绕组正向串联和反向串联时自感、互感、磁场分布等存在的差异，特别对于反向串联的三相开关磁阻电机，通过有限元分析得到了其自感和互感波形，为绕组的进一步优化提供了参考。传统开关磁阻电机多采用短距绕组，其转矩的产生主要依赖于绕组白感的变化。短距绕组时，电流只能在电感上升阶段导通，因次每相绕组最大导通时间为1/3通电周期。文献组分析，研究了整距绕组时

5、相电流导通情况。釆用整距绕组时，转矩的产生主要依赖于两相之间的互感，转矩对表示为:另一方面，当转子处于电感下降区时，对绕组通以负向电流，如此在电感下降区域也可以产生正向转矩，扩大了转矩产生的区间。对比分析了短距绕组和整距绕组对转矩脉动的影响文章中对电机施以转矩闭环控制进行了稳态分析，表明在低速时整距绕组対转矩脉动抑制有较大优势。1•2定转子结构优化定转子结构的改进可以改善电机内部电磁场的分布，从而达到改善电机性能的目的，因此目前主要研究都集中在定转子结构的改进上。由麦克斯韦张量法可知，通过改变磁密的径向分量和切向分量可以改变径向力波和切向力波。利用上述理论提出了两种不同的转子齿

6、结构。前者在转子齿和轨中加入空气气隙，后者在转子齿两侧开槽，二者都达到了增人径向磁密、减小切向磁密的效果，有利于增大电机的平均输出转矩，减小转矩脉动。边缘磁通是导致转矩脉动的一个重要原因，它产生于定转子重叠前。中通过在转子齿一侧增加一个V型槽口，减小了边缘磁通的影响，提高了电感曲线的线性程度，从而减小了转矩脉动；显然此结构只适合于电机单方向转动。提出了一种气隙宽度不均匀的转子结构，使气隙沿着电机旋转（逆时针）方向越来越窄，仿真结果表明该方法能够有效的减小转矩脉动。将矩形转子齿和梯形转子齿结构进行了有限元对比分析，结果表明梯形转子齿可以产生更大的静态转矩。采用了一种新型定转子极末

7、端形状，该结构可以增大静态转矩曲线在上升阶段的斜率，从而提高换相时两相转矩交叉点，降低了换相时的转矩跌落，成功地抑制了电机的转矩脉动，而且提髙了平均转矩。将永磁电机中成功应用的双定、转子结构引入到开关磁阻电机屮。提出将两个6/4结构的开关磁阻电机并行连接在一起，其中一个电机的转子相对于另一个有30°的位置偏移，从而使一个转子处于完全对齐状态时，另一个转子处于刚对齐的状态。同两个转子位置没有偏移吋，将静态有限元分析引入了开关磁阻电机绕相比，该结构可减小20%左右的转矩脉动。在传统双机械输出口电