轴向磁场盘式开关磁阻电机参数计算与设计研究

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轴向磁场盘式开关磁阻电机结合了盘式电机和开关磁阻电机的优点,特别适合于低速高转矩和轴向空间小的应用场合,近年来逐渐被关注并且具有重要的应用价值。但是目前盘式开关磁阻电机的研究相对较少而且不完整,其设计依靠三维有限元磁场计算,此种方法具有耗时多且不适于优化设计的缺陷,而磁路法正好避免了这些缺点,因此磁路分析仍应是该种电机设计计算的基础。针对该种电机的磁路分析设计,本文主要对其不同转子位置处的磁化曲线及磁路设计过程进行了研究,具体研究内容如下:首先,给出了盘式开关磁阻电机结构、工作原理及优越性、动态模型,同时指出磁路分析设计所必须确知的几个关键位置的磁化曲线。其次,采用解析法对轴向磁场盘式开关磁阻电机转子槽中心线与定子齿中心线对齐位置(不对齐位置)和定、转子齿中心线对齐位置(对齐位置)磁化曲线进行计算。先根据场计算结果和磁阻最小原理分析不对齐位置磁链分布特点且给出每部分磁链计算方法,并以12/8极和6/4极盘式开关磁阻电机为例将其解析计算结果与有限元结果进行比较验证解析法的正确性;对于对齐位置磁化曲线根据两极模型计算磁链和绕组电流关系并将结果与有限元结果进行曲线对比验证解析法的正确性。再次,用解析法计算盘式开关磁阻电机定子齿前沿和转子齿前沿重叠位置(临界重叠位置)磁化曲线,同样根据场计算结果和磁阻最小原理分析临界重叠位置磁链分布特点可知此位置磁链分七部分计算,然后根据不同情况将总磁链乘以不同的系数,使其计算结果适用性更广。最后以12/8极和6/4极盘式开关磁阻电机为例将其解析计算结果与有限元计算结果进行比较验证解析法的正确性。最后,基于以上三个关键位置磁化曲线分析盘式开关磁阻电机的磁路设计过程,对三个关键位置磁化曲线及某一给定电流下的ψ-θ曲线利用不同函数进行模化,然后根据开关磁阻电机的基本平衡方程计算电流和转矩的稳态性能曲线,并将最后计算结果与有限元结果进行比较分析其合理性。
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