軸向磁通開關(guān)磁阻電機定、轉(zhuǎn)子齒形在不同圓周半徑上極弧角度改變不共同，利用二維解析法剖析該類電時機帶來較大差錯。該文利用準三維解析法對軸向磁通電機打開徑向分層計算，斷定電機轉(zhuǎn)子要害方位處的磁鏈特性。在準三維解析法剖析的基礎(chǔ)上，利用準三維有限元方法對根據(jù)不同鐵磁資料的模型進行了比較剖析。
研討成果和樣機測試數(shù)據(jù)表明：根據(jù)有取向硅鋼資料的軸向磁通開關(guān)磁阻電機定、轉(zhuǎn)子磁極軸線對齊方位處的磁鏈值能夠進步15%，準三維解析法的分層計算精度較高，關(guān)于電機初期規(guī)劃而言，該方法的磁鏈剖析差錯從工程上認為是能夠承受的。
開關(guān)磁阻電機因具有成本低、易保護、可控性高以及容錯性好等長處而得到了人們的廣泛關(guān)注和迅猛發(fā)展[1-8]。開關(guān)磁阻電機與傳統(tǒng)異步電機、直流電機比較具有結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)可靠性高、起動轉(zhuǎn)矩大、繞組端部短等長處。
但是，其磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩決議了該類電機的轉(zhuǎn)矩密度相對較低，這也是開關(guān)磁阻電機進入高功能驅(qū)動領(lǐng)域需求面臨和解決的問題。所以，本文依據(jù)開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)特色，經(jīng)過電機鐵磁資料優(yōu)化選擇以及相應(yīng)的電機拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化規(guī)劃，以期進步電機功能，進一步擴展該類電機的使用場合。
一般來說，無取向硅鋼片首要使用于各類旋轉(zhuǎn)電機、電子變壓器鐵心的生產(chǎn)制作中，而有取向硅鋼片首要用于變壓器、互感器、電抗器、大型發(fā)電機等設(shè)備的鐵心制作。在旋轉(zhuǎn)電機運轉(zhuǎn)過程中，磁通方向會隨著轉(zhuǎn)子運動不斷改變，假如簡單地將有取向硅鋼片替代無取向硅鋼片運用于旋轉(zhuǎn)電機中，定、轉(zhuǎn)子齒軛結(jié)合部磁通方向的劇烈改變將導致電機功能的惡化。
現(xiàn)在，國內(nèi)外許多學者針對有取向硅鋼片使用在旋轉(zhuǎn)電機中的問題開展了研討。日本學者T. Tomida等[9]對內(nèi)嵌式永磁同步電機定子結(jié)構(gòu)進行修改，利用高磁感雙取向硅鋼片取代傳統(tǒng)無取向硅鋼片，定子齒模塊中的主磁路方向與雙取向硅鋼片橫紋方向基本共同，定子軛部與雙取向硅鋼片軋制方向共同。得益于高磁感雙取向硅鋼片在兩個筆直方向上的高磁導率和低鐵耗，電機功率可進步2%[9]。法國學者S. Lopez等[10]提出一種硅鋼片疊壓方法，使晶粒取向硅鋼片的軋制方向盡量與定子磁路方向保持共同，然后取得最優(yōu)的勵磁電流和鐵心損耗。
日本學者K. Fujisaki等[11]將晶粒取向硅鋼片切割成獨立的定子齒和軛部，提出了一種新型電機并將其命名為“磁各向異性電機”，經(jīng)過對電機參數(shù)進行優(yōu)化，使該電機比平等條件下傳統(tǒng)無取向硅鋼資料電機的鐵心損耗降低了43%，轉(zhuǎn)矩峰值進步了2%。2014年，該研討團隊成功地試制出樣機，為了確保疊壓精度、同心度，減小安裝過程中應(yīng)力對晶粒取向硅鋼片電磁功能的影響，他們利用工裝夾具對電機定子齒、軛進行安裝并用硅膠粘合，試驗成果表明樣機在不同轉(zhuǎn)速下的風摩損耗均優(yōu)于平等條件下的傳統(tǒng)無取向硅鋼資料電機[12]。
沈陽工業(yè)大學劉力夫等[13]以近極槽永磁同步電機為研討目標，經(jīng)過在定子齒部引入晶粒取向硅鋼片資料對電機的電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動、鐵心損耗等特性改變打開研討，剖析了不同齒寬和齒頂極弧對電機功能的影響，成果表明使用晶粒取向硅鋼片的近極槽永磁電機平均電磁轉(zhuǎn)矩可進步10%以上，得益于晶粒取向硅鋼片切向低磁導率的特色，能夠有用按捺齒頂漏磁，然后降低了電機轉(zhuǎn)矩脈動，而晶粒取向硅鋼片電機的鐵心損耗略有進步[13]，這一點與其他文獻剖析成果有所不同。
軸向磁通開關(guān)磁阻電機規(guī)劃過程中，需求依據(jù)電機運轉(zhuǎn)的工作方法，運轉(zhuǎn)環(huán)境、冷卻方法等條件進行電磁、機械結(jié)構(gòu)規(guī)劃。經(jīng)過對電磁功能的核算以及參數(shù)優(yōu)化，達到預(yù)期的功能指標[14]。本文依據(jù)軸向磁通開關(guān)磁阻電機定、轉(zhuǎn)子齒形特色，結(jié)合鐵心資料電磁特性打開準三維解析法剖析研討，給出開始電磁規(guī)劃方案。接著針對軸向磁通開關(guān)磁阻電機部分飽和磁場特性，利用準三維有限元模型方法來驗證解析法剖析成果，并規(guī)劃、制作了一臺根據(jù)晶粒有取向硅鋼資料的雙定子、單轉(zhuǎn)子軸向磁通開關(guān)磁阻電機，以檢驗理論和仿真剖析成果。
圖12 電機的定、轉(zhuǎn)子安裝圖
結(jié)論
本文依據(jù)軸向磁通開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)特色，結(jié)合鐵心資料電磁特性開展了準三維解析法剖析研討，并給出了電機轉(zhuǎn)子要害方位處的磁鏈特性。利用準三維有限元方法驗證解析法剖析成果，得到滿足電磁功能指標要求的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)。最終，規(guī)劃、制作了一臺根據(jù)晶粒有取向硅鋼資料的雙定子、單轉(zhuǎn)子軸向磁通開關(guān)磁阻電機樣機，并對其磁鏈參數(shù)進行測試，成果表明：
1）根據(jù)晶粒有取向硅鋼資料的軸向磁通開關(guān)磁阻電機與傳統(tǒng)無取向硅鋼資料電機比較，定、轉(zhuǎn)子磁極軸線對齊方位處的磁鏈值可進步15%，具有更高的電磁轉(zhuǎn)化能力。
2）準三維解析法的剖析精度較高，最大差錯率不超越6%。從工程上看，關(guān)于電機的初期定性規(guī)劃而言，其差錯認為是能夠承受的，具有參考價值。
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