軸向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)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(shí)機(jī)帶來較大差錯(cuò)。該文利用準(zhǔn)三維解析法對(duì)軸向磁通電機(jī)打開徑向分層計(jì)算，斷定電機(jī)轉(zhuǎn)子要害方位處的磁鏈特性。在準(zhǔn)三維解析法剖析的基礎(chǔ)上，利用準(zhǔn)三維有限元方法對(duì)根據(jù)不同鐵磁資料的模型進(jìn)行了比較剖析。
研討成果和樣機(jī)測(cè)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(jī)定、轉(zhuǎn)子磁極軸線對(duì)齊方位處的磁鏈值能夠進(jìn)步15%，準(zhǔn)三維解析法的分層計(jì)算精度較高，關(guān)于電機(jī)初期規(guī)劃而言，該方法的磁鏈剖析差錯(cuò)從工程上認(rèn)為是能夠承受的。
開關(guān)磁阻電機(jī)因具有成本低、易保護(hù)、可控性高以及容錯(cuò)性好等長(zhǎng)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(jī)與傳統(tǒng)異步電機(jī)、直流電機(jī)比較具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、繞組端部短等長(zhǎng)處。
但是，其磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩決議了該類電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度相對(duì)較低，這也是開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)入高功能驅(qū)動(dòng)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(jī)的結(jié)構(gòu)特色，經(jīng)過電機(jī)鐵磁資料優(yōu)化選擇以及相應(yīng)的電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化規(guī)劃，以期進(jìn)步電機(jī)功能，進(jìn)一步擴(kuò)展該類電機(jī)的使用場(chǎng)合。
一般來說，無取向硅鋼片首要使用于各類旋轉(zhuǎn)電機(jī)、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(jī)等設(shè)備的鐵心制作。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，磁通方向會(huì)隨著轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)不斷改變，假如簡(jiǎn)單地將有取向硅鋼片替代無取向硅鋼片運(yùn)用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，定、轉(zhuǎn)子齒軛結(jié)合部磁通方向的劇烈改變將導(dǎo)致電機(jī)功能的惡化。
現(xiàn)在，國內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)有取向硅鋼片使用在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的問題開展了研討。日本學(xué)者T. Tomida等[9]對(duì)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)進(jìn)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(gè)筆直方向上的高磁導(dǎo)率和低鐵耗，電機(jī)功率可進(jìn)步2%[9]。法國學(xué)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(lì)磁電流和鐵心損耗。
日本學(xué)者K. Fujisaki等[11]將晶粒取向硅鋼片切割成獨(dú)立的定子齒和軛部，提出了一種新型電機(jī)并將其命名為“磁各向異性電機(jī)”，經(jīng)過對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使該電機(jī)比平等條件下傳統(tǒng)無取向硅鋼資料電機(jī)的鐵心損耗降低了43%，轉(zhuǎn)矩峰值進(jìn)步了2%。2014年，該研討團(tuán)隊(duì)成功地試制出樣機(jī)，為了確保疊壓精度、同心度，減小安裝過程中應(yīng)力對(duì)晶粒取向硅鋼片電磁功能的影響，他們利用工裝夾具對(duì)電機(jī)定子齒、軛進(jìn)行安裝并用硅膠粘合，試驗(yàn)成果表明樣機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的風(fēng)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(jī)[12]。
沈陽工業(yè)大學(xué)劉力夫等[13]以近極槽永磁同步電機(jī)為研討目標(biāo)，經(jīng)過在定子齒部引入晶粒取向硅鋼片資料對(duì)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、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(duì)電機(jī)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(jī)平均電磁轉(zhuǎn)矩可進(jìn)步10%以上，得益于晶粒取向硅鋼片切向低磁導(dǎo)率的特色，能夠有用按捺齒頂漏磁，然后降低了電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，而晶粒取向硅鋼片電機(jī)的鐵心損耗略有進(jìn)步[13]，這一點(diǎn)與其他文獻(xiàn)剖析成果有所不同。
軸向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)規(guī)劃過程中，需求依據(jù)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的工作方法，運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境、冷卻方法等條件進(jìn)行電磁、機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)劃。經(jīng)過對(duì)電磁功能的核算以及參數(shù)優(yōu)化，達(dá)到預(yù)期的功能指標(biāo)[14]。本文依據(jù)軸向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)定、轉(zhuǎn)子齒形特色，結(jié)合鐵心資料電磁特性打開準(zhǔn)三維解析法剖析研討，給出開始電磁規(guī)劃方案。接著針對(duì)軸向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)部分飽和磁場(chǎng)特性，利用準(zhǔn)三維有限元模型方法來驗(yàn)證解析法剖析成果，并規(guī)劃、制作了一臺(tái)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(jī)，以檢驗(yàn)理論和仿真剖析成果。
圖12 電機(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)特色，結(jié)合鐵心資料電磁特性開展了準(zhǔn)三維解析法剖析研討，并給出了電機(jī)轉(zhuǎn)子要害方位處的磁鏈特性。利用準(zhǔn)三維有限元方法驗(yàn)證解析法剖析成果，得到滿足電磁功能指標(biāo)要求的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)。最終，規(guī)劃、制作了一臺(tái)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(jī)樣機(jī)，并對(duì)其磁鏈參數(shù)進(jìn)行測(cè)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(jī)與傳統(tǒng)無取向硅鋼資料電機(jī)比較，定、轉(zhuǎn)子磁極軸線對(duì)齊方位處的磁鏈值可進(jìn)步15%，具有更高的電磁轉(zhuǎn)化能力。
2）準(zhǔn)三維解析法的剖析精度較高，最大差錯(cuò)率不超越6%。從工程上看，關(guān)于電機(jī)的初期定性規(guī)劃而言，其差錯(cuò)認(rèn)為是能夠承受的，具有參考價(jià)值。
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