分析極弧系數對開關磁阻電機性能的影響

李斌 孫碧青 樊青青

摘 要：在原有開關磁阻電機設計理論和經驗的基礎上設計了一臺8/6極750W開關磁阻電機，根據要求的電機性能調整電機結構參數，實現電機性能較優。借助ansoft軟件中的RMxpart模塊搭建開關磁阻電機的電機模型，然后優化模型分析極弧系數對開關磁阻電機性能的影響，將每組不同的數據記錄對比。得到最終的結果。

關鍵詞：開關磁阻電機；有限元分析；定轉子極弧；ansoft仿真

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A

目前環境污染嚴重，能源儲量減少，發展新型清潔的電動汽車的前景和市場是越來越受到關注了。與直流電機、永磁同步電機、交流異步機等相比，開關磁阻電機具有結構簡單、運行可靠、調速性能優良、成本低等優點，非常適合于電動汽車驅動。

開關磁阻電機是一種新型的特種電機，具有雙凸極結構、體積較小、運行效率高、低速啟動力矩大、可實現四象限運行等特點。由于開關磁阻電機的工作原理與結構不同于傳統電機并且關于開關磁阻電機的設計和計算方面的文獻較少，所以在設計中有許多可以影響到電機的運行性能。其中以極弧系數影響較為顯著，運用Ansoft仿真軟件詳細分析了開關磁阻電機極弧系數對電機性能的影響，電機關鍵的性能參數包括槽滿率、相有效電流、相電流密度、額定轉速、效率和額定轉矩，運用控制變量法逐個分析極弧系數對電機性能的影響。

1 電機模型參數的計算

通過開關磁阻電機的基本原理和設計要求的需要，運用MathCAD軟件對四相8/6極5KW電機進行定轉子以及電機軸的結構尺寸進行計算。計算得到電機各個參數為電機相數為4、轉子極數6、軸徑32mm、定子外徑155mm、定子軛高10mm、定子內徑85.8mm、轉子軛高12mm，同時根據仿真研究，在ansof中RMxprt模塊下，構建模型。

2 弧系數的理論分析

為保證自起動能力，極弧設計時，相鄰相電感在上升區要有重疊。

極弧滿足的必要條件為

式中βs代表定子極弧，βr代表轉子極弧。

只有在滿足上式情況下，電機才具備轉子處于任何位置都有正反方向自起動能力，否則只有單方向自起動能力，可用如下圖表示。

A點時，定、轉子極弧最小，鐵芯質量最小，節省材料；B點時，定子極弧最小，定子槽大；C點時，定子極弧等于定子極距，無意義；CB邊上，定、轉子極弧滿足 βs+βr=τs，由于Nr>Ns時會增加開關頻率，因此在選取定轉子極弧時應在三角形ADB區域內，使βs>βr。

3 仿真分析

在其他條件不發生變化的情況下對不同的定子極弧系數仿真數據對比分析

4 總結

從表中可以看出，定子極弧系數增大，相電流增大，電流密度增加，增加量較大；槽滿率增大是由于定子極弧系數變大，定子極變寬，定子槽變小；定子極弧系數增大，定、轉子極重疊面積增大，磁通量增加，由于繞組匝數不變，磁鏈也會增加，額定轉矩隨磁鏈增大而增大；轉矩增加，轉速明顯降低，效率降低約0.5%。因此定子極弧系數對電機性能影響較大。

參考文獻：

[1]吳建華.開關磁阻電機設計與應用.北京：機械工業出版社，2000.

[2]劉迪吉.開關磁阻電機發展及應用.電氣技術， 2006， （07）：1720.

[3]曾裕.基于有限元的開關磁阻電機優化設計[D].南昌大學，2016.

作者簡介：孫碧青（1993），男，漢族，河北張家口人，現為河北科技大學2016級碩士研究生，現主要研究開關磁阻電機的設計和優化。