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基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机准三维解析分析与设计

轴向磁通开关磁阻电机定、转子齿形在不同圆周半径上极弧角度改变不共同,利用二维解析法剖析该类电时机带来较大差错。该文利用准三维解析法对轴向磁通电机打开径向分层计算,断定电机转子要害方位处的磁链特性。在准三维解析法剖析的基础上,利用准三维有限元方法对根据不同铁磁资料的模型进行了比较剖析。


研讨成果和样机测试数据表明:根据有取向硅钢资料的轴向磁通开关磁阻电机定、转子磁极轴线对齐方位处的磁链值能够进步15%,准三维解析法的分层计算精度较高,关于电机初期规划而言,该方法的磁链剖析差错从工程上认为是能够承受的。


开关磁阻电机因具有成本低、易保护、可控性高以及容错性好等长处而得到了人们的广泛关注和迅猛发展[1-8]。开关磁阻电机与传统异步电机、直流电机比较具有结构简单、运转可靠性高、起动转矩大、绕组端部短等长处。


江苏快3专家计划但是,其磁阻性质的电磁转矩决议了该类电机的转矩密度相对较低,这也是开关磁阻电机进入高功能驱动领域需求面临和解决的问题。所以,本文依据开关磁阻电机的结构特色,经过电机铁磁资料优化选择以及相应的电机拓扑结构优化规划,以期进步电机功能,进一步扩展该类电机的使用场合。


一般来说,无取向硅钢片首要使用于各类旋转电机、电子变压器铁心的生产制作中,而有取向硅钢片首要用于变压器、互感器、电抗器、大型发电机等设备的铁心制作。在旋转电机运转过程中,磁通方向会随着转子运动不断改变,假如简单地将有取向硅钢片替代无取向硅钢片运用于旋转电机中,定、转子齿轭结合部磁通方向的剧烈改变将导致电机功能的恶化。


现在,国内外许多学者针对有取向硅钢片使用在旋转电机中的问题开展了研讨。日本学者T. Tomida等[9]对内嵌式永磁同步电机定子结构进行修改,利用高磁感双取向硅钢片取代传统无取向硅钢片,定子齿模块中的主磁路方向与双取向硅钢片横纹方向基本共同,定子轭部与双取向硅钢片轧制方向共同。得益于高磁感双取向硅钢片在两个笔直方向上的高磁导率和低铁耗,电机功率可进步2%[9]。法国学者S. Lopez等[10]提出一种硅钢片叠压方法,使晶粒取向硅钢片的轧制方向尽量与定子磁路方向保持共同,然后取得最优的励磁电流和铁心损耗。


日本学者K. Fujisaki等[11]将晶粒取向硅钢片切割成独立的定子齿和轭部,提出了一种新型电机并将其命名为“磁各向异性电机”,经过对电机参数进行优化,使该电机比平等条件下传统无取向硅钢资料电机的铁心损耗降低了43%,转矩峰值进步了2%。2014年,该研讨团队成功地试制出样机,为了确保叠压精度、同心度,减小安装过程中应力对晶粒取向硅钢片电磁功能的影响,他们利用工装夹具对电机定子齿、轭进行安装并用硅胶粘合,试验成果表明样机在不同转速下的风摩损耗均优于平等条件下的传统无取向硅钢资料电机[12]。


沈阳工业大学刘力夫等[13]以近极槽永磁同步电机为研讨目标,经过在定子齿部引入晶粒取向硅钢片资料对电机的电磁转矩、转矩脉动、铁心损耗等特性改变打开研讨,剖析了不同齿宽和齿顶极弧对电机功能的影响,成果表明使用晶粒取向硅钢片的近极槽永磁电机平均电磁转矩可进步10%以上,得益于晶粒取向硅钢片切向低磁导率的特色,能够有用按捺齿顶漏磁,然后降低了电机转矩脉动,而晶粒取向硅钢片电机的铁心损耗略有进步[13],这一点与其他文献剖析成果有所不同。


轴向磁通开关磁阻电机规划过程中,需求依据电机运转的工作方法,运转环境、冷却方法等条件进行电磁、机械结构规划。经过对电磁功能的核算以及参数优化,达到预期的功能指标[14]。本文依据轴向磁通开关磁阻电机定、转子齿形特色,结合铁心资料电磁特性打开准三维解析法剖析研讨,给出开始电磁规划方案。接着针对轴向磁通开关磁阻电机部分饱和磁场特性,利用准三维有限元模型方法来验证解析法剖析成果,并规划、制作了一台根据晶粒有取向硅钢资料的双定子、单转子轴向磁通开关磁阻电机,以检验理论和仿真剖析成果。


图12  电机的定、转子安装图

基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机准三维解析分析与设计


结论

江苏快3专家计划本文依据轴向磁通开关磁阻电机的结构特色,结合铁心资料电磁特性开展了准三维解析法剖析研讨,并给出了电机转子要害方位处的磁链特性。利用准三维有限元方法验证解析法剖析成果,得到满足电磁功能指标要求的定、转子结构参数。最终,规划、制作了一台根据晶粒有取向硅钢资料的双定子、单转子轴向磁通开关磁阻电机样机,并对其磁链参数进行测试,成果表明:


1)根据晶粒有取向硅钢资料的轴向磁通开关磁阻电机与传统无取向硅钢资料电机比较,定、转子磁极轴线对齐方位处的磁链值可进步15%,具有更高的电磁转化能力。


江苏快3专家计划2)准三维解析法的剖析精度较高,最大差错率不超越6%。从工程上看,关于电机的初期定性规划而言,其差错认为是能够承受的,具有参考价值。


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