【正文】 ）。且 (為i落后e的相位角)對于感應(yīng)電機(jī),因為: ；于是 ； 。通過計算研究，現(xiàn)在就能夠設(shè)計一系列不同額定功率，極對數(shù)和變化頻率的電機(jī)，并能計算出頻率。,電機(jī)的感應(yīng)電勢[14]為: ()其中,:表示每相氣隙磁鏈；:每相匝數(shù)。 ()綜合式(),(),(),(),以在尺寸方程式中的作為跟蹤,橫向磁通電機(jī)具有以下關(guān)系式 ()實現(xiàn)以為目標(biāo)的尺寸關(guān)系式,應(yīng)該定義,考慮到橫向磁通與徑向磁通電機(jī)的對偶性，則有： ()其中,:定子橫向長度；:轉(zhuǎn)子橫向長度；：永磁體的橫向長度；：氣隙的橫向長度。1974年,直流電機(jī)中,為獲得最大的電樞功率選擇。最終,得到特定的尺寸方程式為如下形式： ()功率密度為： ()其中,為電機(jī)總的直徑。的優(yōu)化值取決于電負(fù)荷,磁密,頻率,材料和電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。對此，有些學(xué)者提出一種屏蔽TFSRM漏磁通的方法，它是在電機(jī)的定子側(cè)裝設(shè)永磁體，利用與漏磁通方向相反的永磁體磁通屏蔽漏磁通，樣機(jī)試驗結(jié)果表明采用永磁屏蔽能大大提高TFSRM電機(jī)的輸出功率。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩能力可由iΨ特性曲線來反映。但對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)，由于流過磁通的齒部與流過電流的線圈都需占用同一截面，因此極數(shù)和相數(shù)的增加將導(dǎo)致磁共能的減小，即三者之間存在相互制約關(guān)系，很難再從結(jié)構(gòu)上提高輸出轉(zhuǎn)矩，采用橫向磁通電機(jī)結(jié)構(gòu)可以有效地解決這一矛盾；同時從式()還可以看出，增加磁共能W的面積，即降低A點磁鏈值以及提高B點磁鏈值也能夠有效實現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩提升，永磁屏蔽技術(shù)就是基于這一原理進(jìn)行的。若要電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，TFSRM電機(jī)應(yīng)至少兩相，二相TFSRM電機(jī)具有自起動能力，且相鄰相之間依次錯開角度。 TFSR電機(jī)簡化的二維磁路物理模型，此時假設(shè)鐵心的磁通方向向上。～、轉(zhuǎn)子齒極對齊位置時的氣隙磁密分布情況。 TFSRM樣機(jī)特性曲線 樣機(jī)的試驗研究我們設(shè)計并制作了兩臺同樣外形尺寸的外轉(zhuǎn)子橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)，其中一臺無屏蔽，另外一臺帶永磁屏蔽，樣機(jī)的主要設(shè)計數(shù)據(jù)如下，,，極數(shù)，相數(shù)m=3。本設(shè)計從機(jī)電能量轉(zhuǎn)換角度出發(fā)討論了實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩提升的原理和方法，分析了極間漏磁對電機(jī)產(chǎn)生的影響，設(shè)計了具有永磁屏蔽的外轉(zhuǎn)子低速橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)，用三維等效磁網(wǎng)絡(luò)法對樣機(jī)進(jìn)行了磁場分析，樣機(jī)的計算結(jié)果和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩對比試驗表明，在相同額定電流下采用永磁屏蔽能大大提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩能力對于電機(jī)的研究方面是舉足輕重的,論文也在第四章從理論方面加強(qiáng)了這兩方面的說明,并由一般到特殊,由淺入深,由表及里的著重的論述了問題。除此之外本課題還只是從理論上闡述了尺寸關(guān)系式和磁密在開關(guān)磁阻電機(jī)方面的應(yīng)用,其他還有很多更加具體的設(shè)計，這還需要在以后的工作學(xué)習(xí)中加以學(xué)習(xí)和檢驗。根據(jù)本課題研究結(jié)果及SRM的發(fā)展趨勢,為了進(jìn)一步發(fā)揮橫向開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)越性,進(jìn)一步提升電機(jī)的轉(zhuǎn)矩,改善電機(jī)運行性能,我認(rèn)為今后還須在以下幾個方面開展進(jìn)一步的研究工作。結(jié)論經(jīng)過老師的指導(dǎo)和資料查閱，特別是關(guān)于橫向開關(guān)磁阻電機(jī)的相關(guān)資料,本課題已經(jīng)完成了對橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)理論的研究，并進(jìn)一步分析研究了SRM的基本工作原理和結(jié)構(gòu)?？梢钥闯觯谙嗤碾姌须娏鲿r永磁屏蔽樣機(jī)的靜態(tài)平均轉(zhuǎn)矩提高近一倍，永磁屏蔽效果明顯。（a）三維氣隙磁場分布 （b）沿切向氣隙的磁場分布 電流10A時無屏蔽橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)三維氣隙磁密分布(a)三維氣隙磁場分布 （b）沿切向氣隙的磁場分布 電流10A時永磁屏蔽橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)三維氣隙磁密分布對不同轉(zhuǎn)子位置、不同電流分別進(jìn)行磁場計算,可以得到樣機(jī)的磁能特性曲線,。 永磁體極性示意圖 磁場分析由于AFSRM電機(jī)磁場是三維場,因此磁場分析的難度較大。其中中間部分代表轉(zhuǎn)子鐵心，可以看出相鄰齒極的漏磁通將會對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，并且電流越大，極數(shù)越多(極間距離越小)，極間漏磁影響越顯著，這將極大地影響TFSRM電機(jī)的出力。 永磁屏蔽的橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)特點，定子由凹字形鐵心和環(huán)形集中繞組組成，轉(zhuǎn)子由與定子鐵心數(shù)目相同的倒凹字形鐵心組成，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單。因此m相電機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩可以表示為: （）式中m：為電機(jī)相數(shù)；Nr：為轉(zhuǎn)子極數(shù)；W：為區(qū)域OABCO所包圍的面積。在下面的章節(jié)中我們將從機(jī)電能量轉(zhuǎn)換角度闡述TFSRM電機(jī)實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩提升的工作原理，分析漏磁通產(chǎn)生原因以及對電機(jī)性能產(chǎn)生的影響，設(shè)計定、轉(zhuǎn)子雙邊屏蔽的外轉(zhuǎn)子低速直接驅(qū)動橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)樣機(jī)，采用三維等效磁網(wǎng)絡(luò)法對樣機(jī)進(jìn)行了三維磁場分析，討論永磁屏蔽對電機(jī)磁場產(chǎn)生的影響。第6章 橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩理論研究 引言橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)（TFSRM）是一種新型逆變器供電的調(diào)速電機(jī)結(jié)構(gòu)型式，它既具有開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單牢固、轉(zhuǎn)子損耗小、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點，又具有橫向磁通電機(jī)的特點，即主磁路與電機(jī)運動方向垂直，實現(xiàn)了磁路與電路結(jié)構(gòu)上的解耦，可以通過電機(jī)極數(shù)和相數(shù)的增加提高輸出轉(zhuǎn)矩，具有較高的轉(zhuǎn)矩密度，因此在低速直接驅(qū)動和直線驅(qū)動領(lǐng)域有著較好的發(fā)展前景。 總結(jié)對于AFSRM電機(jī),通過本章研究表明λ=Di/Do對功率密度有強(qiáng)烈影響,而對電機(jī)的效率影響較小,對的優(yōu)化將獲得最大的功率密度,同時也能最大限度的接近最高效率。實際上,對于不同的優(yōu)化目的,有不同的優(yōu)化值。在大多數(shù)橫向磁通電機(jī)中,是一個主要的設(shè)計參數(shù),它對電機(jī)的特征具有明顯的作用,優(yōu)化電機(jī)的運行性能,必須仔細(xì)的選擇值。由()式,有[12] Kruse R. Pfaffer flux reluctance motor for direct servodirive applications[C].Proceeding of : 655662.[14] Staton D A. Soong W L. Unified theory of torque production in switched reluctance and synchronous reluctance motors [J]. IEEE Trans. on Industry Applications. 1995. 32 (2): 329337. ()由上節(jié)知識可知,系數(shù)為： ()其中,是與定子電負(fù)荷有關(guān)的相電流有效值。然而損耗的評述計算不必要使尺寸關(guān)系式概念變的復(fù)雜。通過功率回饋,的公式為： ()選擇合適的氣隙磁密和定子齒磁密是另外一個重要的工作。最終的尺寸方程式為： ()或者 ()最終，對于電機(jī)總的體積而言，電機(jī)的功率密度被定義為： ()其中為電機(jī)總的長度（包括端部長度）。一般地，對于不同的電機(jī)，不可能直接寫出函數(shù)關(guān)系。 ()然而，對于橫向氣隙磁通電機(jī)的情況不清楚。為了有效地描述電流波形,定義電流波形的系數(shù)為: ()與定子電負(fù)荷有關(guān), ()在通常情況下,總的電負(fù)荷A應(yīng)該包括定子電負(fù)荷和轉(zhuǎn)子電負(fù)荷,即 () 即轉(zhuǎn)子和定子電負(fù)荷的比率,當(dāng)轉(zhuǎn)子上無繞組時，=0。本章同時還介紹了尺寸方程式在橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)中的應(yīng)用。，改進(jìn)的增廣Largrange乘子法獲得的最終結(jié)果要優(yōu)于SUMT法，起于同一初始可行方案，改進(jìn)的增廣Largrange乘子法達(dá)到收斂，調(diào)用目標(biāo)函數(shù)的次數(shù)為489，而SUMT法收斂需調(diào)用目標(biāo)函數(shù)的次數(shù)為1134；并且，改進(jìn)的增廣Largrange乘子法，其r因子遞增次數(shù)K也大大小于SUMT法。因此，AFSRM優(yōu)化設(shè)計的計算工作量十分龐大，如何有效減少尋優(yōu)次數(shù)獲得最優(yōu)方案，無疑十分重要。在構(gòu)成增廣目標(biāo)函數(shù)時，約束條件函數(shù)的組合容易導(dǎo)致目標(biāo)函數(shù)呈多峰情形，給優(yōu)化過程(特別是可行點的求取)造成很大困難。 優(yōu)化設(shè)計的特點 變量的離散特性在AFSRM的優(yōu)化設(shè)計變量中，電機(jī)的一些結(jié)構(gòu)尺寸及繞組匝數(shù)等，由于制造工藝的要求，只能取離散值，如繞組匝數(shù)只能取整數(shù)，鐵心長L、。優(yōu)化過程中，開通角系數(shù)和關(guān)斷角系數(shù)取定為常數(shù)，根據(jù)恒功率區(qū)大小和主開關(guān)管的最大允許電流值確定。 控制參數(shù)的處理控制參數(shù)是指開通角和關(guān)斷角，由于AFSRM電機(jī)性能與控制參數(shù)密切相關(guān)，同一工作狀態(tài)下輸出功率可以有多種開通角和關(guān)斷角的組合，而且恒功率區(qū)的大小也取決于和的調(diào)整范圍，這是有別于傳統(tǒng)電機(jī)優(yōu)化問題的重要特點。對于具有恒功率運行區(qū)要求的SRD系統(tǒng)，必須考慮系統(tǒng)運行參數(shù):額定運行點繞組開通角θon1和關(guān)斷角θoff1；最大轉(zhuǎn)速處電機(jī)最大輸出功率所對應(yīng)開通角θon2()，而關(guān)斷角θoff2作為子優(yōu)化問題由一維尋優(yōu)在性能計算模塊中確定，不作為優(yōu)化變量[7]。 SRM轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性約束條件中的一些項目涉及到SRM的電磁性能和SRM驅(qū)動系統(tǒng)(也稱SRD系統(tǒng))的性能，如電機(jī)的額定輸出功率P1()和電機(jī)在最大轉(zhuǎn)速處的最大輸出功率P2(）的約束，用以保證SRD系統(tǒng)恒轉(zhuǎn)矩特性和恒功率特性，其它如電機(jī)效率η、熱負(fù)荷AJ、定子極磁密峰值Bps等，都涉及電機(jī)兩種運行狀態(tài)下(恒轉(zhuǎn)矩特性和恒功率特性)、起動轉(zhuǎn)矩Tn倍數(shù)(包括一相起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst1和兩相同時起動時起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst2），等等。 目標(biāo)函數(shù)由于AFSRM性能計算的復(fù)雜性，以及控制參數(shù)對性能有很大的影響，因此優(yōu)化技術(shù)在AFSRM電機(jī)設(shè)計中的應(yīng)用與在傳統(tǒng)電機(jī)中的應(yīng)用不同。該結(jié)構(gòu)在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對電機(jī)的外部形狀做了適當(dāng)?shù)母脑?即將傳統(tǒng)的方體改成了柱型,這樣不僅節(jié)省了原材料,降低了成本,還增加了產(chǎn)品的美感,相信在市場上會更加具有競爭力。由于市場和技術(shù)開發(fā)的要求,針對目前應(yīng)用的橫向開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)，,特假想出如下兩種電機(jī)結(jié)構(gòu)。在路的設(shè)計中，首先選擇定、轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)目并確定極弧和轉(zhuǎn)矩的比值，再由轉(zhuǎn)矩、功率等參數(shù)確定尺寸，最后設(shè)計勵磁繞組。然而，該方法有一個固有的缺點，即在優(yōu)化過程中，受罰因子r的影響太大。SRM作為調(diào)速型電機(jī)，其設(shè)計過程不僅要考慮電機(jī)本體的性能指標(biāo)，而且還要滿足整個驅(qū)動系統(tǒng)的運行性能。隨著科技的發(fā)展，未來微特電機(jī)涉及的學(xué)科將更加廣泛，其發(fā)展趨勢將是集成和優(yōu)化。預(yù)計2007年汽車電子產(chǎn)品市場需求額達(dá)750億元，可想其所需配套的微特電機(jī)數(shù)量相當(dāng)可觀。近十年來，電力推進(jìn)在游輪等商用方面的應(yīng)用已日趨流行，軍事上，不僅在潛艇上應(yīng)用，而且已向水面戰(zhàn)艦方面迅速發(fā)展，但制約其進(jìn)一步發(fā)展的因素之一是推進(jìn)電動機(jī)的有限安裝空間。微特電機(jī)是電機(jī)的一個主要分支，20世紀(jì)末以來，直線電機(jī)、低速電機(jī)、超聲波電機(jī)、DH電機(jī)及其它微電機(jī)發(fā)展迅速。20世紀(jì)末以來，由于功率電子學(xué)、微電子學(xué)、控制論、精密機(jī)械制造技術(shù)等先進(jìn)學(xué)科的滲透，使各類電機(jī)成為各種機(jī)電系統(tǒng)中一個較為重要的元件。關(guān)于橫向磁通電機(jī)，是將繞組的物理位置轉(zhuǎn)移，即從圍繞氣隙變?yōu)樘幱诨」岸瞬俊ｋ姍C(jī)反電動勢與磁通在空間上正好相差900。求取穿過該截面的磁通，然后利用公式()求出空載電動勢。利用公式: ()求出了電機(jī)的空載電動勢并繪出相應(yīng)的曲線。設(shè)計中對該有限元模型加載周期性邊界條件，進(jìn)行電磁場求解，得到了該模型磁通密度分布圖，,。 有限元模型與求解由于電機(jī)在空載運行的情況下，磁場對稱分布，因此只對1個極距下的電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了磁場計算，這樣即使結(jié)果具有代表性，同時又節(jié)省了大量的計算時間。ANSYS是目前被廣泛采用的一種有限元分析軟件，其應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，主要包括力學(xué)分析、熱與溫度場分析、電磁場分析等。顯然合成轉(zhuǎn)矩要比[16] Kang D H, Jeong Y H. A study on the design of transverse flux linear motor with high power density [C]. ISIE 2001, Pusan, Korea 701707.傳統(tǒng)四相SR電動機(jī)大，轉(zhuǎn)矩脈動要小得多。若，繞組產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩:若。通常SR電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩由下式計算[16]: （）式中:θ轉(zhuǎn)子位置角；i繞組電流；W磁共能；T轉(zhuǎn)矩。①轉(zhuǎn)子軟鐵②C形芯定子③繞組④SMC材料磁路 (a)C形疊層芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(b)SMC材料磁路的C形芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 改進(jìn)的雙邊AFM 橫向磁通SR電動機(jī)調(diào)速原理橫向磁通SR電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由SR電動機(jī)、功率變換器、控制器、位置檢測器四大部分組成。為減少磁通脈動，并使渦流損耗最小，對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，增加定子橋。在橫向磁通電機(jī)中，磁場呈3D分布。設(shè)計中即采用永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的聚磁結(jié)構(gòu)，設(shè)計一了1臺40極5kW的橫向磁通電機(jī)。 橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)橫向磁通開關(guān)磁阻電機(jī)（Axial Flux Switched Reluctanced Motor,簡稱AFSRM）與傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)上最大的區(qū)別就是其定子數(shù)和轉(zhuǎn)子數(shù)目是相同的。（2） AFM的轉(zhuǎn)矩密度更大。 橫向磁通電機(jī)(AFM)的主要優(yōu)缺點（1） 在一定轉(zhuǎn)速下AFM的功率隨極對數(shù)增加而增加。盡管上述定義較為抽象，但卻給出了AFM與其他電動機(jī)的不同之處。忽略