不同励磁方式双通道开关磁阻电机的电磁性能分析

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开关磁阻电机的特点

开关磁阻电机的特点1.极高的功率密度：开关磁阻电机由于使用了细小的电磁线圈，可以在相对较小的体积内产生极高的输出功率。

这使得它成为在有限空间内需要高功率输出的应用中的理想选择，如汽车动力传动系统。

2.高效率：开关磁阻电机由于没有永磁体或励磁线圈，消除了传统电机中额外的能量损耗，因此具有较高的能量转换效率。

与传统的交流电机和直流电机相比，开关磁阻电机更加能够将输入的电能转换为机械能，减少了能量损耗。

3.简单的结构：开关磁阻电机由于没有复杂的磁路结构和励磁线圈，其结构非常简单。

这使得它易于制造、组装和维护，降低了制造成本。

4.较高的可靠性：开关磁阻电机的电磁绕组没有连续的电流流过，因此绕组的热量产生和温度升高较小。

这降低了电机因绕组过热而损坏的风险。

此外，开关磁阻电机结构简单，减少了故障和损坏的可能性。

5.良好的动态响应：开关磁阻电机的运行速度和转矩可以被快速地控制和调节。

由于电流的瞬时反向和转换较快的速度，开关磁阻电机具有更好的动态响应特性，因此适用于需要快速启动和停止、变速和定位控制的应用。

6.可逆性：开关磁阻电机具有可逆性，可以在正向和反向运行。

这使得它在需要频繁反向运动的应用中非常有用，如卷帘门、交通信号灯等。

7.无需永磁体：与传统的永磁电机相比，开关磁阻电机不需要使用昂贵的稀土永磁体。

这降低了电机的制造成本，并减少了对稀土资源的依赖。

8.低噪音和振动：开关磁阻电机由于没有永磁体和励磁线圈，减少了机械振动和磁噪音的产生。

因此，它是一种较为安静的电机，适用于对噪音和振动要求较高的应用中。

总结起来，开关磁阻电机具有高功率密度、高效率、简单的结构、较高的可靠性、良好的动态响应、可逆性、无需永磁体、低噪音和振动等特点。

这些特点使得开关磁阻电机在许多领域中成为一种非常有竞争力的电机选择。

开关磁阻电机的特点

开关磁阻电机的特点
开关磁阻电机的特点
开关磁阻电机是由定子及转子组成，它的转子采用两端接续线的形式，经过调节磁化率的改变，因而实现不同转矩目标的变化，从而实现调节转速的功能。

下面就来介绍一下开关磁阻电机的特点：
1、调速性能好：开关磁阻电机采用磁化率可调的转子结构，可以实现不同转矩目标的调节，从而实现调速的功能，调速性能良好。

2、转速范围宽：开关磁阻电机的磁化率调节能够改变转矩及转速，因此其转速范围更宽。

3、制造简单：开关磁阻电机只需将磁极组装到转子上，因此制作起来比较简单。

4、噪声低：开关磁阻电机利用开关状态来改变转子磁化率，因此其噪声要低于普通电机。

5、功率低：由于开关磁阻电机的磁化率可以通过调节来改变转矩, 因此其功率要比普通电机低。

以上就是开关磁阻电机的特点，总的来说，开关磁阻电机的调速性能好、制造简单、噪声低、功率小，是相对理想的选择。

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两级式无刷混合励磁同步电机的电磁设计及特性分析

两级式无刷混合励磁同步电机的电磁设计及特性分析混合励磁电机是在传统永磁电机的基础上,通过增设电励磁绕组,进行结构调整而形成的,电机内永磁磁势和电励磁磁势可设计成串联关系、并联关系和并列关系等。

混合励磁电机继承了永磁电机的效率高、功率密度高等优点,同时又具有调压、调速等场合所需的磁场可调的特征,在航空航天、风力发电和汽车等领域具有未来可期的应用前景。

本文提出了一种切向磁路和径向磁路并联的切向/径向混合励磁同步电机(Tangentic/radial magnetic path hybrid excitation synchronous machine,T/R-HESM)。

从T/R-HESM的基本电磁特性入手,针对励磁方案的选择、运行特性、损耗计算、效率分析和温度场的求解等问题开展了深入的研究。

为解决T/R-HESM的无刷化励磁,对T/R-HESM的电磁特性进行定性分析,借鉴并改进航空领域中电励磁无刷同步电机的三级式方案。

由于T/R-HESM中存在一定大小的初始永磁磁场,利用该部分磁场省去三级式方案中的永磁副励磁机,提出了两级式无刷励磁方案(两级式无刷混合励磁同步电机,Two-stage brushless hybrid excitation synchronous machine,T-BHESM),主电机采用T/R-HESM,励磁机采用旋转电枢式交流发电机,励磁机电能经旋转整流器整流后,为主电机提供直流励磁。

鉴于主电机和励磁机磁场的空间分布特征,选择二维非线性有限元法作为本文电磁场计算的主要方法。

首先,计算了主电机的磁场分布特征、磁场调节特性。

为改善输出电压的波形品质,分别从定子斜槽和转子形状等角度入手,一是对优化前的相电势谐波进行了分析,比较了采用定子斜槽前后,相电势谐波含量的变化,二是对优化前的气隙磁场谐波进行了分析,研究了主电机转子形状对气隙磁场的影响。

根据主电机的计算结果,明确了(主电机)对励磁机的励磁需求,确定了励磁机的基本尺寸。

01开关磁阻电机的电磁场分析

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11
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Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian 如果想看看WP是否已复位，Utility Menu>Plot>Replot Replot提供的是刷新屏幕的功能，有时，某些操作进行后，从屏幕上看不出有什么作用，这时，用Replot，就可以看到预计的效果了。 (3)将WP沿Y轴移动（-b1）,再绕X轴旋转90度，切割下半个圆，复位WP 只要把以上的操作步骤中“键入0,b1,0 ”改为“键入0,-b1,0”，选中下半个圆，就可以了。
2
现在我们来分析一个双凸极结构的电机结构如图：定子6齿，转子4齿
代表绕组
定子
转子
3
对直流制动器做电磁场分析时，采用的是线性模型。本例采用非线性模型，用磁化曲线来描述铁磁材料的磁导率。为简化分析，假设如下：（1）电机磁场沿轴向无变化，忽略端部效应，简化为二维电磁场问题（2）铁心冲片各向同性，磁化曲线单值（3）电机外部的磁场忽略不计，定子外表面圆周为一等矢量位面（4）忽略涡流效应
8
除非特别说明，圆（面、线）均同心，圆心位于坐标原点。一、定子 1、画定子轭半径分别为d1/2,d2/2的圆环 Main Menu>Preprocessor>--Modeling--Create>--Areas--Circle>Annulus 键入

不同励磁方式双通道开关磁阻电机的电磁性能分析

ＣＨＥＮＸｉａｏｙｕａｎ＇
（１．ＬｉｓｈｕｉＵｎｗｅ￣ｉｔｙ，ＬｉｓｈｕｉＺｈｅｊ２．ＺｈｅｉｆａｎｇＦｏｕｎｄｅｒＭｏｔｏｒＣｏ．，Ｌｔｄ．，ｌｉｓｈｕｉｚｈｅｊｉａｎｇ３２３０００，Ｃｈｉｎａ）
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开关磁阻电动机的性能及典型应用

开关磁阻电动机的特点使其应用在洗衣机上可以获得良好的效果。开关磁阻电动机调速系统宽广的调速范围，可以使“洗涤“与
脱水“均工作在最佳的转速上，以实现真正意义上的标准洗、快速洗、轻柔洗、丝绒洗，甚至变速洗。脱水时也可以随意选择旋转的转速。还可以按某些设定的程序来提升转速，让衣物在脱水过程中避免因分布不均造成的振动和噪声。开关磁阻电动机卓越的启动性能可消除洗涤过程中电机频繁正反转启动电流对电网的冲击，使洗涤、换向平稳无噪声。开关磁阻电动机调速系统在全部调速范围内的高效率，可以使洗衣机的耗电量大大减少。
2 结构与性能特点
2.1 电动机结构简单、成本低、适用于高速
开关磁阻电动机的结构比通常认为最简单的鼠笼式感应电动机还要简单，定子线圈为集中绕组，嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境；转子仅有硅钢片叠成，因此不会有鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不良和使用中的断条等问题，转子机械强度极高，可工作于极高转速，转速可达每分钟10万转［2］。
目前国内龙门刨床的主传动系统主要有直流机组形式和异步电动机-电磁离合器形式。大量以直流机组为主拖动系统的刨床，使用到现在大多处于严重老化的状态，电机磨损严重，高速重载时电刷上火花较大，故障频繁，维护工作量大，直接影响正常的生产。此外，该系统不可避免地存在设备庞大、耗电多，噪音高的缺点。异步电动机-电磁离合器系统依靠电磁离合器实现正反转向，离合器磨损严重，工作稳定性不好，且不便调速，仅限用于轻型刨床。
（4）电机的起动电流小，对电瓶无冲击，起动转矩大，适合于重载起动。
（5）无论电机还是功率变换器都十分坚固可靠，适用于各种恶劣、高温环境，具有良好的适应性。
鉴于以上优点，国内外都有很多开关磁阻电动机在电动汽车、电动客车、电动自行车的实际应用［6］。

双极性励磁双通道开关磁阻电机的电磁性能研究

双极性励磁双通道开关磁阻电机的电磁性能研究陈小元【摘要】在分析双通道开关磁阻电机单极性不对称励磁方式时不同通道间相邻相互感作用的基础上,提出双极性增磁和双极性弱磁两种双通道开关磁阻电机励磁方法,并说明基本工作原理.基于场路耦合有限元模型分析单极性不对称励磁、双极性弱磁和双极性增磁励磁方式时双通道开关磁阻电机的磁场特性,求解三种不同励磁方式时双通道开关磁阻电机的电流、转矩、铜耗和铁耗等电磁性能并进行了对比分析.研究结果表明,双极性弱磁和增磁励磁控制时,比双通道开关磁阻电机单极性励磁时输出对称性好,且单位铁耗下输出功率大,综合比较,双极性弱磁控制时双通道开关磁阻电机性能最优.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2016(020)003【总页数】6页(P57-62)【关键词】双通道SRM;双极性励磁;互感作用;电磁性能【作者】陈小元【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;丽水学院工程与设计学院,浙江丽水323000【正文语种】中文【中图分类】TM352电机余度容错技术是提高航空航天用驱动等领域的安全性和可靠性的一种有效的方法，一般采用双余度和双通道两种技术。

其中双通道电机系统是在一个电机中设置两套绕组并分别与独立的功率变换器驱动连接而构成两个通道，当一个通道系统发生故障时，剩余的一个通道系统仍然可正常工作，保证驱动设备继续运行［1］。

开关磁阻电机（switched reluctance machine，SRM）是一种结构简单，坚固可靠的多相电机，适合作为双通道电机系统。

美国University of Kentucky，Sundstr Aerospace以及General Electric Aircraft Engines等单位早在上个世纪90年代即开展了双通道SRM的研究，并联合试制了250kW的双通道SRM样机［2-4］。

在国内，南京航空航天大学研发了70 kW的高速SRM航空起动/发电机系统，西安交通大学也开展了双通道SRM的研究［5-6］。

新型双转子轴向磁通分块开关磁阻电机

该电机的新型结构需要进一步实验验证和完善，以提高其实用性和可靠性。
控制算法需要进一步优化
为了实现电机的更优性能，需要进一步研究和优化控制算法。
应用前景与展望
电动汽车驱动
新型双转子轴向磁通分块开关磁阻电机具有较高的转矩密度和效率，适用于电动汽车驱动系统，可提高车辆的续航里程和动力性能。
工业自动化
简单可靠的控制方案
开关磁阻电机的控制方案简单可靠，适用于需要可靠运行的应用场景，如航空航天、工业自动化等。
较低的噪音和振动
开关磁阻电机具有较低的噪音和振动，适用于需要安静运行的应用场景，如家用电器、医疗器械等。
03
电磁场分析与计算
电磁场基本方程
麦克斯韦方程组
01
Байду номын сангаас
该方程组描述了电磁场的性质和运动规律，包括电场强度、磁
随着电力电子技术和微控制器技术的发展，对开关磁阻电机的性能提出了更高的要求，需要其具备更高的运行效率和更低的噪声。因此，研究新型双转子轴向磁通分块开关磁阻电机，对于提高开关磁阻电机的性能具有重要的理论意义和应用价值。
研究现状与发展
目前，国内外学者针对开关磁阻电机的优化设计进行了大量研究。其中，双转子轴向磁通开关磁阻电机作为一种新型的电机结构，具有轴向磁场、双转子、分块定子等优点，引起了研究者的广泛关注。
控制策略
通过优化控制策略，可以实现电机的平稳运行和快速响应。
性能优势
与传统的开关磁阻电机相比，该电机具有更高的功率密度和效率，同时降低了转矩脉动和噪声。
研究不足与展望
理论研究尚不充分
目前对新型双转子轴向磁通分块开关磁阻电机的理论研究尚不充分，需要进一步探索其工作原理和性能特点。

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第47卷2014年第1期1月MICＲOMOTOＲSVol.47．No.1Jan.2014收稿日期：20130503基金项目：国家自然科学基金项目（51207068）；浙江省教育技术研究规划课题（JB162）。

作者简介：陈小元（1980），男，博士，讲师，研究方向为开关磁阻电机设计与控制。

不同励磁方式双通道开关磁阻电机的电磁性能分析陈小元1，2（1．丽水学院工学院，浙江丽水323000；2．浙江方正电机股份有限公司，浙江丽水323000）摘要：在分析了单极性不对称励磁方式时双通道开关磁阻电机的不同通道间相邻相互感作用的基础上，提出了双极性增磁和双极性弱磁两种新的双通道开关磁阻电机励磁方法，并介绍了其基本原理。

基于场路耦合有限元模型分析了单极性不对称励磁、双极性增磁和双极性弱磁三种不同励磁方式时双通道开关磁阻电机的磁场特性，对比了三种不同励磁方式时双通道开关磁阻电机的电流，转矩，铜耗等电磁性能，并通过双频法分离铁心损耗获得三种励磁方式时电机铁心的涡流损耗和磁滞损耗，由此得到了三种励磁方式时双通道开关磁阻电机的电磁性能。

关键词：双通道开关磁阻电机；励磁方式；电流；转矩；损耗中图分类号：TM352文献标志码：A文章编号：1001-6848（2014）01-0030-06Analysis of Electromagnetic Performance of Dual-channelSＲMs Under Different Excitation StrategiesCHEN Xiaoyuan 1，2（1．Lishui University ，Lishui Zhejiang 323000，China ；2．Zhejiang Founder Motor Co .，Ltd .，lishui zhejiang 323000，China ）Abstract ：Two novel excitation strategies which are bipolar enhanced magnetism excitation and weakened magnetism excitation for dual-channel switched reluctance machines were proposed and their fundamentalprinciple were introduced based on the analysis of mutual inductance under unbipolar asymmetric excitation in this paper ，and the magnetic fields of dual-channel switched reluctance machine were compared underthree different excitation strategies by using field-circuit finite element analysis．Phase Currents ，torques andcopper losses were calculated ，and eddy current losses and hysteresis losses were separated from iron losses of dual-channel switched reluctance machine using the double frequency method with three kinds of excita-tion strategies ，respectively．And effects of excitation strategies on electromagnetic performance of dual-chan-nel switched reluctance machine were investigated in the paper．Key words ：dual-channel switched reluctance machine ；excitation strategy ；torque ；current ；iron loss0引言双通道开关磁阻电机是在普通开关磁阻电机（Switched Ｒeluctance Machine ，SＲM ）基础上发展的一种新型容错电机系统，一般采用12/8结构的SＲM ，将相对定子齿极上的线圈连接成一个通道的一相，与其相对垂直方向的另外两个定子齿上的线圈连接成另一个通道的一相，由两套独立的功率电路驱动和两套独立的控制器构成双通道系统。

当某一通道发生故障时，为了保障全电/多电飞机驱动或供电系统的安全和机载设备的正常运行，构成的单通道容错驱动或发电系统须具有在规定时间内提供一定输出功率的能力。

目前，已公开发表的双通道SＲM 的相关文献比较少。

美国GE-Aircraft Engines 和Sundstrand Aero-space 公司已经掌握了双通道SＲM 的初步技术，其开发的250kW 的开关磁阻起动/发电机可作为全电/多电飞机设计的双通道集成电源［1－3］。

在国内南京航空航天大学亦开展了双通道SＲM 的研究。

为了提高单通道容错运行时的输出能力，文献［4－6］提出了一种单拍工作制时通道间解耦的励磁方式（本文称为单极性不对称励磁），相同电流条件下此种励磁方式在单通道的运行时的输出功率约为双通道的一半，提高了双通道SＲM 系统的容错能力。

1期陈小元：不同励磁方式双通道开关磁阻电机的电磁性能分析本文在分析双通道SＲM 单极性不对称励磁方式时不同通道间相邻相的互感作用的基础上，提出双极性增磁励磁方式和双极性弱磁励磁方式两种新的双通道SＲM 励磁方法，采用JMAG －Studio 电机专用有限元软件建立单极性不对称励磁、双极性增磁励磁方式及双极性弱磁励磁方式时的双通道SＲM 的磁路耦合的有限元模型，分析了三种不同励磁方式时双通道SＲM 的磁场特性，并对比分析了以上三种不同励磁方式时双通道SＲM 的性能。

1单极性不对称励磁方式图1为文献［4－6］提出的通道间解耦的双通道SＲM 绕组连接方式（励磁方式1），一相内相对的两个绕组通单极性电流时分别构成N 极和S 极，整个电机定子齿极形成NNSS …NNSS 极性排列。

图1双通道SＲM 单极性不对称励磁方式但文献［4－6］的研究基于静态磁场分析，且只考虑电机单拍工作情况，而电机实际运行的磁场特性要复杂得多，特别在高速时，由于续流电流的存在，每相绕组中电流超过m 分之一（m 为电机相数）电感周期，即存在两相绕组同时有电流区间。

由于SＲM 在两相同时通电时，相邻磁极极性相同时，一相电流对另一相电流起增磁作用，反之，起弱磁作用。

因此由单极性不对称励磁方式时的双通道SＲM 磁极极性排列可知通道1的一相两磁极均对其下一开通的通道2的一相相应两磁极起弱磁作用，通道2的一相两磁极均对其下一开通的通道1的一相相应两磁极起增磁作用，这使得不同通道间相邻相的互感作用不对称，故本文称此种励磁方式为单极性不对称励磁。

2双极性励磁方式在保证通道间的弱耦合即任一通道的一相的两个相对的绕组须一个产生N 极磁通，一个产生S 极磁通的条件下［4－6］，合理安排绕组接法，并通入一定规律的双极性电流使得下一开通相的两个通道绕组对前一开通相的两个对应通道的绕组同时进行增磁或弱磁。

2.1双极性增磁励磁方式图2和图3分别为励磁方式2时的绕组接法与相电流，其中定义绕组注入正电流时相应磁极产生N 极磁通，注入负电流时相应磁极产生S 极磁通。

由于任一通道的一相的两磁极均对下一开通相相应两磁极同时进行增磁，因此称为双极性增磁励磁方式。

双极性电流可由H 桥电路实现［7－9］。

图2双通道SＲM双极性增磁励磁方式图3双通道SＲM 双极性增磁励磁方式电流示意图2.2双极性弱磁励磁方式图4和图5分别为励磁方式3时绕组接法与相电流，其中定义绕组注入正电流时相应磁极产生N 极磁通，注入负电流时相应磁极产生S 极磁通。

由于任一通道的一相的两磁极均对下一开通相相应两磁极同时进行弱磁，因此称为双极性弱磁励磁方式。

图4双通道SＲM 双极性弱磁励磁方式·13·47卷图5双通道SＲM双极性弱磁励磁方式电流示意图3磁场分析利用JMAG-Studio软件建立基于双通道SＲM场路耦合时步有限元模型［10－12］，仿真时设定母线电压为270V，开通角设为－1ʎ，关断角为15ʎ，转速为11500r/min，电机旋转方向为逆时针。

结合图6分析双通道SＲM三种励磁方式时换相过程。

三种励磁方式由于均遵循相内相对的两个绕组分别为N极和S极这一原则，因此换相前及换相后的磁力线分布基本一致，但换相过程的磁路却完全不同。

单极性不对称励磁方式在换相过程中即两相绕组同时有电流导通时，通道1的A1绕组a11、a12分别对通道2的B2相绕组b21、b22进行弱磁，而通道2的A2绕组a21、a22分别对通道1的B1相绕组b11、b12分别增磁；双极性增磁励磁时通道1的A1绕组a11、a12分别对通道2的B2相绕组b21、b22进行增磁，且通道2的A2绕组a21、a22也分别对通道1的B1相绕组b11、b12增磁；双极性弱磁励磁时通道1的A1绕组a11、a12分别对通道2的B2相绕组b21、b22进行弱磁，且通道2的A2绕组a21、a22也分别对通道1的B1相绕组b11、b12弱磁。

·23·1期陈小元：不同励磁方式双通道开关磁阻电机的电磁性能分析6双通道SＲM 三种励磁方式换相过程的磁力线图4三种励磁方式性能对比4.1电流图7为三种方式励磁方式时的两通道的相电流，表1为三种方式励磁时相电流有效值。

图7三种励磁方式的两通道电流表1三种励磁方式的电流有效值I /A 方式1方式2方式3通道1 4.873 4.807 4.655通道24.6034.8064.688单极性不对称励磁方式由于换相时相间互感的不对称作用导致两个通道的电流的不均衡，即被增磁的通道1的相（A1相）电流比被弱磁的通道2的相（A2相）电流大。

但双极性增磁励磁和双极性弱磁励磁的双通道SＲM 的换相时相间互感的作用对称，其各自两个通道的电流幅值及有效值均基本一致，但是双极性增磁励磁时的相电流有效值比双极性弱磁励磁时相电流有效值大。

4.2转矩及功率图8为三种励磁方式时的合成输出转矩，表2所示为三种励磁方式时的平均输出转矩及功率。

可知在同等条件下，双极性增磁励磁方式时电机的输出功率最大，双极性弱磁励磁方式的的输出功率最小，而不对称励磁方式介于中间。