基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机分析和设计
基于不同B-H曲线的取向硅钢叠片中损耗和磁通的分析与验证
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新型磁通切换型永磁电机的分析、设计与控制的开题报告
新型磁通切换型永磁电机的分析、设计与控制的开题报告一、选题背景及意义随着现代科学技术的不断发展和电机技术的突破，永磁电机已经成为目前应用最广泛的一种电动机，其在节能、环保、高效等方面的优势日益凸显。
然而，传统的永磁电机在高速高效率工作时，由于其励磁控制困难、热稳定性差等问题，往往无法满足实际需求。
因此，发展新型、高性能的永磁电机成为了当前研究的重点之一。
在众多新型永磁电机中，磁通切换型永磁电机因其具有高度的磁场控制度、高转矩密度和高速性能等优点，成为研究热点。
其基本原理为利用磁通切换装置使电机转子上的永磁体在不同的磁场中工作，从而实现转矩和速度的控制。
该电机结构简单、效率高、可靠性强，具有广泛的应用前景。
因此，开展新型磁通切换型永磁电机的分析、设计与控制研究具有重大的理论和实际意义，可以推动永磁电机技术的发展，提高电机的效率和稳定性，满足社会的需求，具有深远的科研价值和应用前景。
二、研究内容和主要工作本文旨在探究新型磁通切换型永磁电机的分析、设计与控制技术，具体包括以下内容和主要工作：1、分析磁通切换型永磁电机的工作原理和特点，对其磁路、电磁学和机械结构进行建模和仿真分析。
2、设计新型磁通切换型永磁电机的电磁学参数和机械结构参数，优化磁路设计，提高永磁体的利用率和工作性能。
3、研究新型磁通切换型永磁电机的控制策略，包括励磁控制、转子位置估计、速度控制等，并进行仿真验证和性能测试。
4、研究新型磁通切换型永磁电机在电动汽车和风力发电等领域的应用，探究其优势和局限性，分析其成本与性能，为实际应用提供参考。
以上内容和工作旨在深入研究新型磁通切换型永磁电机的分析、设计与控制技术，为推动永磁电机技术的发展和应用提供理论依据和实践支持。
三、研究方法和技术路线本文将运用磁学、力学、电学等相关理论和仿真软件工具，采用实验室实测结果进行比对，从理论分析到仿真验证、性能测试，逐步建立完整的研究流程，为新型磁通切换型永磁电机的分析、设计与控制提供科学的可行性、可重复性和可靠性。
电动车用开关磁阻电机设计与优化方法
电动车用开关磁阻电机设计与优化方法摘要：随着人们生活水平日益提高，人均汽车占有量大幅度提升，传统汽车产生的尾气对环境造成了严重威胁，因此发展绿色交通工具成为当今社会的一个热点话题。
电动汽车具有噪音低、无污染和能源利用率高等特点，是比较理想的交通工具。
近年来电力电子技术不断发展，微电子、电机学、现代计算机技术和控制理论也开始完善，这都促使开关磁阻电机系统得到了飞速的发展。
目前已成功应用于电动车用驱动系统、家用电器、高速驱动、泵及风机等众多领域中，创造了巨大的经济效益，是直流电机调速系统、交流电机调速系统、无刷直流电机调速系统强有力的竞争者。
关键词：开关磁阻电机；设计；优化目前国家正大力发展新能源技术，电动车因势而起，得到了快速的发展，电动车作为一种新兴的代步用车，不仅绿色环保而且在未来有极大的发展潜力。
目前电动车驱动电机主要有永磁电机、异步电机、直流电机等。
作为一种新型电机，开关磁阻电机SRM由于其结构简单、制造成本低、调速范围宽、控制灵活且效率高等优点，与传统的电动车驱动电机相比有较大的竞争力，而且能满足电动车起动转矩大、起动电流小的需求，所以在电动车驱动领域中有较大的发展潜力。
一、开关磁阻电机基本原理开关磁阻电机依靠定、转子之间磁阻变化运行，当给定子其中一相绕组通电时，若定子极轴线和转子极轴线不重合，就会有磁阻力作用在转子上，使转子运动，直到两者轴线重合，磁阻力消失，在惯性作用下继续旋转一定角度，然后换相邻绕组通电，使转子继续转动[1]。
如图。
图中定子极上为定子线圈，标有箭头的绕组表示该相绕组通电，虚线表示磁力线，转子起动前的转角为0°。
在初始位置，A 相绕组通电，在磁力的作用下，距 A 相最近的转子极受力开始逆时针转动，使磁阻变小，转子旋转到5°，又旋转了10°，直到15°为止，转子不再转动，此时磁路最短。
为了使转子继续转动，必须在转子不受力时切断 A 相电源，同时接通 B 相，于是 B 相产生磁通，磁力线沿磁路最小的磁极通过转子，在磁力的作用下继续转动，直到转到30°之前，关断 B 相绕组电源并开通 C 相绕组，使转子继续转动，在转到45°之前接通 A 相绕组电源，以此类推，电机就会运行下去。
开关磁阻电机调速控制系统硬件设计
６ ４ Ｉ 建援辍磐 瘟嘲 ・ ２ ０ １ ４ 年 第１ 期
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ＆ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ研 究 与 设 计
变频 辩 ｗｗｗ ｃ ｈｉ ｎ ａ ｂ ｉ ａ ｎｐ ｉ ｎ． ｃ ｏ ｍ
利 于减少 转矩 脉动 ， 但结 构复 杂 ， 且 主开 关器 件 多 ， 成 本 高， 目前应用较多 的是 四相 （ ８ ／ ６ ） 结 构和三相 （ １ ２ ／ ８ ） 结 构。 图１ 是三相结构 Ｓ Ｒ Ｍ电动机原理 图。为简单计 ， 图中只画 出 Ａ相绕组及其供 电电路 。Ｓ Ｒ Ｍ 的运行原 理遵 循“ 磁阻最 小原理 ” 一 磁通 总要沿着磁 阻最小 的路径 闭合 ，而具有 一 定 形状 的铁心在移动 到最小磁 阻位 置时 ， 必使 自己的主轴 线与磁场的轴线 重合 。 图 ２中 ， 当定子 Ｃ — Ｃ’ 极励磁 时 ， １ － １ ’ 向定子轴线 Ｃ — Ｃ ’ 重合的位置转动 ，并使 Ｃ相励磁 绕组的 电感最大 。若 以图中定 、 转 子所处 的相对 位置作为起 始位 置， 则依次 给 ｃ —Ａ — Ｂ相 绕组通 电， 转子 即会 逆着励 磁顺 序 以逆 时针方 向连续 旋转 ； 反之 ， 若 依次给 Ｂ —Ａ — ｃ相通
Ｄ Ｓ Ｐ控制器 、 位置检 测 电路 、 电流检测 电路 、 信号转 换 、 显
示电路等组成 。本系统的硬件框 图如 图所示。
的全部 优点 ， 而且具有结构 简单 、 成本低 、 起 动性能好 、 调
速 范围宽等优点 ，所 以被广 泛应用 于各种工程 控制领域
中。
在 现 代 调 速 系统 中 ，开 关 磁 阻 电机 调 速 （ Ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ Ｒ ｅ ｌ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ Ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ， Ｓ Ｒ Ｄ ） 系统具有结构简单 、 成本低 、 损耗小 、
高空飞行器轴向磁通电机多目标优化设计
高空飞行器轴向磁通电机多目标优化设计在科技的广阔天空中，高空飞行器如同展翅翱翔的雄鹰，而其心脏部分——轴向磁通电机，则是支撑这头巨兽飞翔的动力之源。
本文将深入探讨如何对这一关键部件进行多目标优化设计，使其在效率、重量和可靠性之间达到一个精妙的平衡。
首先，我们需要认识到，轴向磁通电机的设计就像是一场精心编排的交响乐。
每一个组成部分都必须和谐地发挥作用，才能创造出完美的旋律。
在这个过程中，设计师们必须像指挥家一样精准地调动每一个音符，确保每个部分都能发挥出最大的效能。
当我们谈论到效率时，我们可以将电机比喻为一辆高性能的赛车。
它需要足够的动力来克服重力的束缚，同时又不能消耗过多的燃料。
因此，设计师们必须在保证输出功率的同时，尽可能地减少能量损耗。
这就像是在赛车的速度与油耗之间找到一个黄金分割点。
接下来是重量的问题。
在这里，我们可以将电机比作一位舞者。
她需要在保持优雅姿态的同时，尽可能地减轻自己的负担。
这意味着设计师们需要在不牺牲性能的前提下，尽可能地使用轻质材料，并通过巧妙的结构设计来降低整体重量。
至于可靠性，这就像是一场没有硝烟的战争。
电机必须能够在极端的环境下稳定工作，就像是一位无畏的战士，无论面对何种困难都能坚守阵地。
因此，设计师们需要在设计中考虑到各种可能的风险因素，并采取相应的预防措施来确保电机的稳定性和耐用性。
在这场多目标优化设计的战役中，我们还需要运用夸张修辞和强调手法来增强语气和表达效果。
例如，我们可以说：“在追求效率的道路上，每一瓦特的损失都像是一颗沉重的锚，拖累着飞行器的速度。
”或者：“在减轻重量的挑战中，每一克的减少都像是一次攀登珠穆朗玛峰的胜利。
”这样的表达不仅能够突出设计师们面临的挑战，还能够激发读者的情感共鸣。
最后，我们要用形容词来评价这次设计的成果。
如果成功的话，这将是一个“高效、轻便、可靠”的轴向磁通电机设计方案。
它将像是一位集力量、速度和智慧于一身的超级英雄，为高空飞行器提供强大的动力支持。
开关磁阻电机的基本了解
开关磁阻电机的基本学习内容1 开关磁阻电机的基本原理以及结构开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor ，简称SRM) 定转子为双凸极结构，铁心均由普通硅钢片叠压而成，其定子极上有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一相，转子非永磁体，其上也无绕组[1,3]。
SRM 的定转子极数必须满足如下约束关系：s r s N =2kmN = N + 2k (1-1) 其中，Ns ，Nr 分别为电机定、转子数；m 为电机相数值减1；k 为一常数。
以下图1-1所示一个典型四相8/6极SRM 为例，相数为4，因而m=3，取k=1，则Ns=6，Nr=8。
m 及k 值越高，越利于高控制性能控制，但相应成本越高，结构越复杂。
目前技术较为成熟，发展较为迅速的产品多为三、四相SRM [2]。
图1-1即为一典型四相8/6结构的SRM电机本体及其不对称功率变换器主电路的示意图（图1-1在末尾手画）。
为表述清晰，图中仅画出不对称半桥电路的一相，其他各相均与该相相同，并省略了相应的驱动及检测电路。
完整的开关磁阻电机调速系统（Switched Reluctance Motor Drive，简称SRD）则由SRM、功率变换器、控制器、位置检测器等四大部分组成，如下图1-2示。
SRM可以认为是同步电机的一个分支，它运行时遵循磁阻最小原理，同步进电机较为类似[2,30]。
其具体运行原理如下：首先要保证励磁相的定子凸极和最近的转子凹极中心线不重合，也即初始位移不能位于磁阻最小位置。
通以交流电后，经过一个整流桥变为直流电源，当开关S1和S2开通时，AA’相通电励磁，产生一个磁拉力。
在该电磁力的轴向分量作用下，产生电磁转矩，凸极转子铁心趋向于旋转到定转子极轴线B-B’与A-A’重合的位置；而电磁力的径向力分量则造成定子的“变形”，这也是产生转矩脉动和电机噪声的根本原因之一。
在该过程中电机吸收电能。
关断S1和S2，开通BB’相，此时AA’相经续流二极管VD1、VD2将电能回馈给电源，同时BB’相趋向运行到定转子极轴线C-C’与B-B’重合的位置。
轴向磁通永磁电机混合冷却结构设计与分析
轴向磁通永磁电机混合冷却结构设计与分析
姜明盛;张志锋;武岳;赵国新
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2024(52)3
【摘要】针对轴向磁通永磁电机损耗大和散热困难的问题,提出了风冷结构和混合冷却结构,其中混合冷却结构由端盖风冷结构和定子水冷结构组成。
建立了电机的三维模型,采用流固耦合法对电机进行仿真分析,通过对比两种冷却结构的冷却效果,选择了混合冷却结构作为电机的冷却系统。
通过仿真分析了流速对电机温升的影响,并根据仿真结果确定了混合冷却结构最佳的入口风速以及水速,证明了混合冷却结构的有效性,为轴向磁通永磁电机的冷却系统设计提供了一定的参考。
【总页数】6页(P11-15)
【作者】姜明盛;张志锋;武岳;赵国新
【作者单位】沈阳工业大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于计算流体力学的非晶合金轴向磁通永磁电机冷却系统设计
2.高频非晶合金轴向磁通永磁电机不同冷却方案温度场分析
3.混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究
4.车用轴向永磁混合励磁发电机结构设计
5.混合电动汽车用磁通切换型永磁电机冷却结构分析
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开关磁阻电机及其调速系统
第二章开关磁阻电机及其调速系统2.1 开关磁阻电机的发展概况磁阻式电机诞生于160年前，一直被认为是一种性能不高的电机。
然而通过近20年的研究与改进，使磁阻式电机的性能不断提高，目前已能在较大功率范围内不低于其它型式的电机[9]。
70年代初，美国福特电动机（Ford Motor）公司研制出最早的开关磁阻电机调速系统。
其结构为轴向气隙电动机、晶闸管功率电路，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，特别适用于蓄电池供电的电动车辆的传动。
70年代中期，英国里兹（Leeds）大学和诺丁汉（Nottingham）大学，共同研制以电动车辆为目标的开关磁阻电机调速系统。
样机容量从10W至50KW，转速从750 r/min至10000 r/min，其系统效率和电机利用系数等主要指标达到或超过了传统传动系统。
该产品的出现，在电气传动界引起了不小的反响。
在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛使用的一些变速传动系统。
近年来，国内外已有众多高校、研究所和企业投入了开关磁阻电机调速系统的研究、开发和制造工作。
至今已推出了不同性能、不同用途的几十个系列的产品，应用于纺织、冶金、机械、汽车等行业中。
目前，在汽车行业意大利FIAT公司研制的电动车和中国第二汽车制造厂研制的电动客车都采用了开关磁阻电机。
SRM是没有任何形式的转子线圈和永久磁铁的无刷电动机，它的定子磁极和转子磁极都是凸的。
由于SRM具有集中的定子绕组和脉冲电流，其功率变换器可以采用更可靠的电路拓扑形式。
SRM具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快、成本较低等优点，这是其它调速系统难以比拟的，作为具有潜力的电动车电气驱动系统日益受到重视。
然而目前SRM还存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性等缺点，所以，它的广泛应用还受到限制。
2.2 开关磁阻电机的基本结构与特点开关磁阻电机为定、转子双凸极可变磁阻电机。
取向硅钢调研报告资料
取向硅钢调研报告简介取向硅钢主要用于制作变压器铁芯和大发电机的定子铁芯，是电力工业发展最为重要的功能材料之一。
取向硅钢组织以高度趋于(110) [001」位向，即高斯方向的晶粒为主要特征，是唯一经过二次再结晶得到的钢铁制品，其生产工艺复杂、制造技术严格，被誉为钢铁材料中的“艺术品”。
取向硅钢按{110}<001>取向度和磁性能不同分为普通取向硅钢(Conventional Grain-oriented Silicon Steel,CGO)和高磁感取向硅钢(High Magnetic Induction Grain-oriented Silicon Steel, Hi-B)两类。
Hi-B 钢与CGO 钢相比，具有铁损低、磁感应强度高、磁致伸缩小等优点，用它制作的变压器产品具有空载损耗低、噪声低、体积小等优点。
近年来，高磁感取向硅钢的产量与使用量逐年增大。
两者在性能上的差异见下表1。
表1 CGO和HiB钢的性能比较取向硅钢生产技术现状目前，世界上主要的取向硅钢生产工艺有4种，分别是高温加热两次冷轧法、高温加热一次冷轧法、低温加热两次冷轧法、低温加热一次冷轧法。
每种工艺的生产流程、工艺特点和优缺点如表2所示。
目前全世界仅有约16家企业可以生产取向硅钢。
主要企业有:日本的新日铁和JFE 、韩国的浦项、美国的AK 和AlleghenyLudlum 、俄罗斯的新利佩茨克(简称NLMK)、德国及在法国的蒂森克虏伯、英国的CogentPower 、巴西的Acestita 、波兰的Stalprodukt S.A.、阿赛诺米塔尔收购的捷克ValcovnyPlechuA.S.、中国的武钢、宝钢等。
目前取向硅钢最先进的生产厂为新日铁，主要生产HiB 取向硅钢； 韩国浦项主要是仿照日本新日铁低温渗氮工艺，全部产品采用低温加热一次冷轧工艺生产，而且绝大部分产品为HiB；德国蒂森克虏伯开发了以Cu2S+AlN为主，并以MnS+Sn为辅作为抑制剂的低温加热一次冷轧法，生产HiB取向硅钢。
轴向磁通永磁电机热系统设计与分析
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２ ０ １ ４ 年第１ 期
文章编号 ： １ ０ ０ ９— ２ ５ ５ ２ （ ２ ０ １ ４） ０ １ — ０ ０ ０ ７— ０ ４ 中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ ９ 文 献标识码 ： Ａ
轴 向磁 通 永磁 电机热 系统 设计 与分 析
王志宏 ， 王 巍 ， 杨 菲
（ １ ．哈尔滨 电机厂有 限责任公 司计量测试 中心 ，哈尔滨 １ ５ ０ ０ ４ ６ ； ２ ．渤海大学工学 院 ，辽宁 锦州 １ ２ １ ０ １ ３ ； ３ ．中科盛创 （ 青 岛） 电气有 限公 司，山东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ０ ０ ）
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基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机分析和设计
开关磁阻电机作为电力驱动系统中实现能量转换的一种部件,具有结构坚固、成本低廉、容错性能强、启动转矩高等优点。
但与永磁同步电机相比,较低的转矩密度制约了开关磁阻电机的更广泛应用。
本文以提高轴向磁通开关磁阻电机转矩密度、降低铁耗为主要目标展开了理论分析和优化设计,并通过样机实验对电机分析、设计结果进行了验证,主要研究工作及成果可以归纳为以下几方面:1.根据对电机用铁磁材料特性及其适用范围的详细比较,以及对轴向磁通开关磁阻电机结构特点的分析,提出了齿轭分离的模块化电机拓扑结构,在定、转子齿部选择晶粒有取向硅钢材料,利用其轧制方向上的高磁导率特点,使提出的模块化电机拓扑结构具有更高的功率密度。
2.提出不同电机定子结构以提高晶粒有取向硅钢材料轧制方向上的利用率,减小磁通在该材料非轧制方向上的运行路径,改善电机定子齿、轭连接部的磁路分布,从而进一步提高晶粒有取向硅钢材料在轴向磁通开关磁阻电机应用的有效性。
3.针对轴向磁通开关磁阻电机定、转子齿形在不同圆周半径上极弧角度变化不一致的特点,利用准三维磁路法对轴向磁通电机展开径向分层研究,提高分析精度,确定初步电磁设计方案。
在准三维磁路法分析的基础上,利用准三维有限元方法对基于不同铁磁材料模型的转子直径比、定子齿极弧、定子轭部轴向长度以及转子齿极弧等主要设计参数进行了优化分析和设计,研究结果表明:基于有取向硅钢材料的轴向磁通开关磁阻电机电磁性能明显优于传统无取向材料电机。
4.根据电磁仿真得到的电机损耗分布结果,进
行温度场有限元分析,确定电机在不同工作负荷下的运行温度点,进而设置环氧树脂玻璃布层压板转子护套在特定温度下的机械特性参数。
利用简化Taguchi优化设计与有限元分析相结合的方法,对电机在不同故障条件下,轴向不平衡磁拉力造成的转子护套结构应力、变形问题进行分析;在满足电磁性能指标的前提下,得到电机结构优化参数。
5.根据晶粒有取向硅钢材料特性,结合开关磁阻电机不同运行状态下的控制策略和各相绕组导通角的取值范围,提出了定、转子齿中有取向硅钢材料的轧制方向优化选择策略,以提高电机性能。
研究表明,在特定优化角度条件下的电机平均转矩和铁耗均优于轧制方向垂直于电机轴向方向时的初始数值。
6.搭建了轴向磁通开关磁阻电机的静、稳态参数一体化测试平台。
在此基础上,测量了样机不同转子位置处的静态磁链,并与电磁场有限元仿真结果进行比较,分析误差产生的原因,验证了有限元模型分析设计的可靠性。
在样机稳态参数测试实验中,对不同导通角和负载条件下的电机转矩、效率等电磁性能进行了对比分析,并利用红外热成像相机实际测量了样机在不同负载条件下的温升分布状况,在证明本文所提模块化轴向磁通开关磁阻电机优异电磁性能的同时,也证明了环氧树脂玻璃布层压板作为转子护套在轴向磁通开关磁阻电机中应用的可靠性。