分析极弧系数对开关磁阻电机性能的影响

李斌 孙碧青 樊青青

摘 要：在原有开关磁阻电机设计理论和经验的基础上设计了一台8/6极750W开关磁阻电机，根据要求的电机性能调整电机结构参数，实现电机性能较优。借助ansoft软件中的RMxpart模块搭建开关磁阻电机的电机模型，然后优化模型分析极弧系数对开关磁阻电机性能的影响，将每组不同的数据记录对比。得到最終的结果。

关键词：开关磁阻电机；有限元分析；定转子极弧；ansoft仿真

中图分类号：TM615 文献标识码：A

目前环境污染严重，能源储量减少，发展新型清洁的电动汽车的前景和市场是越来越受到关注了。与直流电机、永磁同步电机、交流异步机等相比，开关磁阻电机具有结构简单、运行可靠、调速性能优良、成本低等优点，非常适合于电动汽车驱动。

开关磁阻电机是一种新型的特种电机，具有双凸极结构、体积较小、运行效率高、低速启动力矩大、可实现四象限运行等特点。由于开关磁阻电机的工作原理与结构不同于传统电机并且关于开关磁阻电机的设计和计算方面的文献较少，所以在设计中有许多可以影响到电机的运行性能。其中以极弧系数影响较为显著，运用Ansoft仿真软件详细分析了开关磁阻电机极弧系数对电机性能的影响，电机关键的性能参数包括槽满率、相有效电流、相电流密度、额定转速、效率和额定转矩，运用控制变量法逐个分析极弧系数对电机性能的影响。

1 电机模型参数的计算

通过开关磁阻电机的基本原理和设计要求的需要，运用MathCAD软件对四相8/6极5KW电机进行定转子以及电机轴的结构尺寸进行计算。计算得到电机各个参数为电机相数为4、转子极数6、轴径32mm、定子外径155mm、定子軛高10mm、定子内径85.8mm、转子轭高12mm，同时根据仿真研究，在ansof中RMxprt模块下，构建模型。

2 弧系数的理论分析

为保证自起动能力，极弧设计时，相邻相电感在上升区要有重叠。

极弧满足的必要条件为

式中βs代表定子极弧，βr代表转子极弧。

只有在满足上式情况下，电机才具备转子处于任何位置都有正反方向自起动能力，否则只有单方向自起动能力，可用如下图表示。

A点时，定、转子极弧最小，铁芯质量最小，节省材料；B点时，定子极弧最小，定子槽大；C点时，定子极弧等于定子极距，无意义；CB边上，定、转子极弧满足 βs+βr=τs，由于Nr>Ns时会增加开关频率，因此在选取定转子极弧时应在三角形ADB区域内，使βs>βr。

3 仿真分析

在其他条件不发生变化的情况下对不同的定子极弧系数仿真数据对比分析

4 总结

从表中可以看出，定子极弧系数增大，相电流增大，电流密度增加，增加量较大；槽满率增大是由于定子极弧系数变大，定子极变宽，定子槽变小；定子极弧系数增大，定、转子极重叠面积增大，磁通量增加，由于绕组匝数不变，磁链也会增加，额定转矩随磁链增大而增大；转矩增加，转速明显降低，效率降低约0.5%。因此定子极弧系数对电机性能影响较大。

参考文献：

[1]吴建华.开关磁阻电机设计与应用.北京：机械工业出版社，2000.

[2]刘迪吉.开关磁阻电机发展及应用.电气技术， 2006， （07）：1720.

[3]曾裕.基于有限元的开关磁阻电机优化设计[D].南昌大学，2016.

作者简介：孙碧青（1993），男，汉族，河北张家口人，现为河北科技大学2016级硕士研究生，现主要研究开关磁阻电机的设计和优化。