单相磁通切换电机的电磁设计与启动性能优化

发布时间：2020-04-06 08:57

【摘要】：磁通切换电机是一种新型定子永磁型电机,定转子均采用凸极结构,永磁体与绕组交替排布在定子上,永磁体采用切向充磁,且相邻的永磁体充磁方向相反;绕组通常采用集中式绕法,转子仅由硅钢片叠压而成。随着转子的旋转,电枢绕组铰链的磁链呈双极性变化。磁通切换电机具有结构简单、易于加工、控制灵活、转矩密度高等优点,适合运行在高速场合。而单相磁通切换电机还具有绕组频率低,控制电路没有直通的危险等优点。本文首先介绍了磁通切换电机的研究背景和意义,并结合国内外相关文献介绍了磁通切换电机的产生、发展与研究现状。接着介绍了单相磁通切换电机的运行原理,并结合单相电机与磁通切换电机的特点分析出单相磁通切换电机启动死区较大的原因。随后通过对比单相磁通切换电机与三相磁通切换电机的结构不同,还解释了其齿槽转矩幅值大与反电动势畸变率高的原因。接着建立了单相磁通切换电机的等效磁路模型,对模型的计算方法做出介绍。随后结合单相磁通切换电机结构特性与传统电机设计方法,推导了电机的初始尺寸确定公式,并按拟定设计,按要求设计了一台样机。最后通过有限元分析法对电机的静态特性如齿槽转矩、反电动势等做出仿真。然后对电机的齿槽转矩与启动死区做出优化。主要介绍了利用槽口偏移法削弱反向齿槽转矩幅值从而减少电机的启动死区,和利用渐变气隙增加正向齿槽转矩的幅值来减少输出转矩变化率。同时分析出如果要削弱单相磁通切换电机的齿槽转矩,采用的方法需要具备哪些条件,并使用常用的大小齿配合与添加辅助槽做出有限元仿真,验证了推论的合理性。最后引入田口法,以启动死区最小化为首要优化目标,输出转矩稳定在1.5N·m以上为次要优化目标,并以输出转矩为约束条件,将转子的部分参数作为优化因子,设计了正交实验。根据对实验结果的分析比较,确定了最优参数组合,成功的实现了电机多自变量与因变量的优化。
【图文】：

磁通,电机,双凸极永磁电机,直流控制

似于加装了永磁体的开关磁阻电机。而在电机的运行过流电机相仿，所以电机一般适用于采用直流控制的场图 1-1 6/4 双凸极永磁电机法国学者 E. Hoang 首次提出了 Switching Flux Phronous Machines，也就是三相永磁磁通切换电机[10]。其

波形,混合励磁,磁通,电机

扑结构的研究，例如定转子的齿数配合、外转的设计[17]到装配工艺[18]入手研究。法的研究[19-21]，如磁路分析法、通过傅里叶展开建体电机，通过实验得出的结果来分析。优化的研究[22-30]，例如反电动势的波形正弦化、减转矩、分析谐波特性及谐波注入对转矩密度的影响速等。化研究[31-33]，如电机作为发电机运行，，多相电机的通切换电机的永磁体工作点相对稳定，调磁性能欠以国内有学者提出了电励磁型磁通切换电机[34-35]，希身提供的磁能积不足，输出能力较低，所以应用范E. Hong 又提出了由励磁绕组与永磁体并联提供电机其拓扑如图 1-3 所示：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM351

【参考文献】