开关磁阻电机结构性转矩脉动抑制方法

日期:2021-07-08

负责人:陈吉清教授

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成果简介:


1、从开关磁阻电机的结构和运行机理出发,针对线性解析方法难以分析转矩特征的问题,建立电机有限元模型求解出转矩特征并进行样机验证试验。分析样机结构参数对转矩脉动的影响,针对结构参数耦合问题,选择NSGA-Ⅱ算法在参数优化平台上对样机结构参数进行多目标寻优,在保证优化后样机的转矩脉动系数和平均转矩均优于初始电机的条件下,最终获得样机最优化结果。

2、分析出结构参数对转矩脉动的影响,其中:电机定、转子外径和定子轭高主要影响非换相期间的转矩;铁心长度、绕组匝数和定、转子极弧系数对换相和非换相期间的转矩均有影响;在一定范围内,转矩脉动随定子外径和定子轭高的增大而减小,随转子外径的增大而增大,随定、转子极弧系数、绕组匝数、铁心长度变化的规律不明显,转子轭高变化对转矩脉动几乎没有影响。

3、在结构参数集成优化平台中使用NSGA-II算法进行多目标寻优,结果表明电机在较低转速、额定转速、较高转速下的转矩脉动分别降低7.73%10.64%34.39%,结构优化对高转速下的转矩脉动具有较强的抑制效果。整体优化效果显著大幅降低开关磁阻电机的转矩脉动

4、l 从电机运行过程中的电磁力与转矩脉动现象的关系入手,采用麦克斯韦应力法对电磁力解析式进行了推导,并以此为基础提出了一种基于转子齿两侧开孔的转矩脉动抑制结构,分析了该结构的转矩脉动抑制原理并使用有限元法对其效果进行了验证。

5、基于转子齿两侧开孔的转矩脉动抑制结构可以提高电机换相期间转子所受的切向电磁力,从而增大了电磁转矩,减小了开关磁阻电机换相期间转矩跌落,抑制了转矩脉动。

6、相关成果发表于《机械工程学报》。