基于轴向磁场的开关磁阻电机新型结构研究

摘要

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）出现后，经过最近三十年的发展，凭借结构简单、可靠性高、坚固耐用的特点，其产品已广泛应用在电动汽车、生活电器、工业工程、航空航天等各个领域。当前，SRM多为径向磁路、双凸极结构。这样的结构使得SRM运行时转矩脉动较大，平均为15％左右。此外，因转矩脉动导致的噪声和在某一频率下的谐振也很明显。为解决这两个问题，传统的SRM采取在电机结构上增加相数以减小步距角或者运用基于抑制转矩脉动的控制策略来达到降低转矩脉动的目的；以加厚定子轭部来应对噪声和谐振问题。但这样做效果不显著，而且会使结构变复杂、控制成本增加、铁芯损耗增加导致效率降低。为此本文从电机结构上入手，分析了传统结构下转矩脉动产生的原因，并提出了一种基于轴向磁场的开关磁阻电机新型结构。
　　本文介绍了多种不同相数的传统开关磁阻电机，分析了它们的工作磁路以及产生脉动和噪声的原因，在此基础上提出了一种新型结构：轴向磁场开关磁阻电机（Axial flux switched reluctance motor,简称 AFSRM），并围绕电机的设计做了一系列的研究。
　　磁路的设计是电机设计的基础。本论文提出一个新颖的磁路形式，定转子磁极轴向排布，磁路通过定转子磁极、电机端盖、机壳形成回路。电机具有磁路短、损耗小，电机径向尺寸较大，输出转矩大，转矩脉动较小的特点，适用于低速大转矩的场合。
　　本文针对电动汽车或混合动力汽车驱动电机的要求，提出了AFSRM的技术参数。利用现有的开关磁阻电机设计经验公式对AFSRM进行了电磁设计，确定了电机结构尺寸和电磁参数。对AFSRM进行Pro/E零件建模和装配，介绍电机制造工艺。最后从机械结构和电磁场方面对AFSRM进行有限元仿真分析，校核电机结构应力和强度，对转子进行模态分析，求取临界转速。分析电机磁路饱和情况、磁场特性和电机运行特性以及转矩脉动规律。通过仿真分析，证明AFSRM设计的可行性，以及相对传统SRM的性能优势。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1本课题研究的目的及意义

1.2开关磁阻电机的发展概况和新型结构研究

1.3本文的主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 AFSRM结构形式及运行原理

2.1 传统的SRM

2.2 AFSRM结构

2.3 AFSRM数学模型

2.4 本章小结

第三章 AFSRM电磁设计

3.1 AFSRM主要技术参数

3.2 相数、极数、绕组供电电压

3.3 转矩数据

3.4 主要几何尺寸

3.5 电磁参数计算

3.6 本章小结

第四章 AFSRM零件设计及装配

4.1 轴承选择

4.2 AFSRM主要零件设计

4.3 AFSRM零件装配

4.4 AFSRM电机制造工艺介绍

4.5 本章小结

第五章 AFSRM电机的仿真分析

5.1 AFSRM转子动力学分析

5.2 AFSRM电机磁场分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献