【正文】 優(yōu)值。 定﹑轉(zhuǎn)子極數(shù)的選擇及優(yōu)化 極數(shù)的選擇 本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)定子內(nèi)徑?jīng)_片內(nèi)徑取116 mm，極數(shù)分別為8,10,12,14,15,16時(shí)采用三維有限元方法和解析計(jì)算方法對(duì)其對(duì)齊與不對(duì)齊位置的磁鏈一電流曲線按相電流取值逐點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算。兩種計(jì)算方法結(jié)果基本相符，證明了本文所提解析計(jì)算方法的正確性。而當(dāng)極數(shù)發(fā)生變化時(shí)，有限元計(jì)算所得電機(jī)的最大電感位置磁鏈值基本不變，說(shuō)明了對(duì)齊位置忽略磁極表面漏磁. 最大與最小位置電感磁化曲線假設(shè)進(jìn)行解析計(jì)算的正確性。,。 平均轉(zhuǎn)矩隨極數(shù)的變化情況 可知，在氣隙直徑取116 mm并綜合考慮極數(shù)增加對(duì)機(jī)械、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝及安裝等可能帶來(lái)的影響，電機(jī)取15極時(shí)能夠獲得較為理想的平均轉(zhuǎn)矩。此外，設(shè)計(jì)樣機(jī)的開(kāi)關(guān)頻率和鐵心損耗也是考慮的因素。本文取巧極為例，當(dāng)轉(zhuǎn)速為200 r/min時(shí)，電機(jī)的開(kāi)關(guān)頻率為50 Hz。TFSRM電機(jī)可以通過(guò)增加電機(jī)的相數(shù)與極數(shù)來(lái)提高輸出轉(zhuǎn)矩,但是隨著電機(jī)極數(shù)的增加,極間距離就會(huì)隨之減小,極間漏磁增加,導(dǎo)致漏磁引起的負(fù)轉(zhuǎn)矩上升,最終導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩的降低。極數(shù)與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖： 電磁功率與定子極數(shù)的關(guān)系 相數(shù)的選擇TFSRM相數(shù)的選擇遵循以下的原則:(1)要保證電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn),要想使電機(jī)具有自起動(dòng)能力,(2)由式(),相數(shù)增加會(huì)使轉(zhuǎn)矩上升,但是相數(shù)的增加也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,成本上升,因此考慮電機(jī)的性能價(jià)格比及結(jié)構(gòu)。(3)電源的開(kāi)關(guān)頻率與相數(shù)有很大的關(guān)系,解析表達(dá)式為: ()隨著相數(shù)的增加,開(kāi)關(guān)頻率也將隨之成正比例上升,電動(dòng)機(jī)內(nèi)的鐵心損耗與功率變換器的損耗也增加,因此在高效節(jié)能為首要要求的場(chǎng)合,如使用蓄電池作為動(dòng)力的傳動(dòng)系統(tǒng),應(yīng)將相數(shù)盡可能選擇少一些,同時(shí)隨著相數(shù)的減少,功率變換器的設(shè)備費(fèi)用也會(huì)減少,降低了成本.(4) 綜合考慮以上因素,選擇,相鄰兩相之間應(yīng)該錯(cuò)開(kāi),對(duì)于三相TFSRM電機(jī),相鄰兩相之間應(yīng)該錯(cuò)開(kāi), 磁極結(jié)構(gòu)尺寸磁極尺寸基本設(shè)計(jì)原則是:應(yīng)保證鐵心出現(xiàn)最大磁通密度時(shí)不會(huì)過(guò)飽和。在橫向磁場(chǎng)電機(jī)中，由于磁極流過(guò)的磁通將全部通過(guò)扼部，因此軛高h(yuǎn)取較大值較為合適。較大的軛高還有利于抑制電機(jī)的振動(dòng)和噪聲，但會(huì)增加電機(jī)的外徑、體積和重量。定、轉(zhuǎn)子磁極極靴長(zhǎng)度的選擇應(yīng)結(jié)合定、轉(zhuǎn)子磁極高度與定子槽型尺寸間的關(guān)系綜合考慮。磁極高度同時(shí)受電機(jī)鐵心內(nèi)外徑尺寸的選取與定子繞組槽型窗口面積的限制。磁極極靴長(zhǎng)度同樣受制于定子繞組槽型窗口面積與鐵心長(zhǎng)度。在鐵心長(zhǎng)度、氣隙圓直徑確定的情況下，可采用以軸向長(zhǎng)度與極距比率系數(shù)最大為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 定轉(zhuǎn)子極弧的選擇 選擇定子極弧寬度、轉(zhuǎn)子極弧寬度的要求為：(1) 獲得盡可能小的最小電感；(2) 減少漏磁；(3) 保證必要的繞組空間；(4) 啟動(dòng)性能好；(5) 盡可能大的輸出轉(zhuǎn)矩。從啟動(dòng)特性角度出發(fā)，要求在任意轉(zhuǎn)子位置都有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這就必須使，以保證各相轉(zhuǎn)矩波形有一定的重疊，使電動(dòng)機(jī)在任何位置都能可逆啟動(dòng)。因此，定子極弧寬度越大，重疊區(qū)間越大， ()式中 為定子槽寬（弧度），為定子極距，為電機(jī)的相數(shù)。當(dāng)定子極弧寬度增大，定子槽寬就減小，繞組空間就減小了，因此,的增大要受()的限制。從前面章節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩條件看，當(dāng)最大磁導(dǎo)和最小磁導(dǎo)保持不變時(shí)，相磁鏈越大，輸出的機(jī)械能也越大。而，當(dāng)定子磁通密度和電流密度J一定時(shí)，可以說(shuō)與定子極弧寬度和定子槽寬的乘積成正比。對(duì)齒、槽數(shù)一定的三相電機(jī)而言，是一個(gè)定值，因此，當(dāng)時(shí)，輸出平均功率最大，鐵心利用率最高。綜合上述分析，可以得到定子極弧的取值范圍為 ()相應(yīng)地，轉(zhuǎn)子極弧的取值范圍為 ()根據(jù)SRD電動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化研究表明：定子、轉(zhuǎn)子極弧寬度的取值盡可能在=()與范圍內(nèi)。結(jié)論經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)和資料查閱，特別是關(guān)于橫向開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的相關(guān)資料,本課題已經(jīng)完成了對(duì)橫向磁通開(kāi)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)。本課題提出了橫向開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的改良結(jié)構(gòu),及設(shè)計(jì)思路,同時(shí)對(duì)參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了深入的闡述。電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩能力對(duì)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(shuō)明,并由一般到特殊,由淺入深,由表及里的著重的論述了問(wèn)題。由于某些特殊的用途,需要電機(jī)以大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng),由于傳統(tǒng)的方法很難達(dá)到目的,因此研究了一種實(shí)現(xiàn)橫向磁通開(kāi)關(guān)磁阻電極轉(zhuǎn)矩提升的方法。根據(jù)本課題研究結(jié)果及SRM的發(fā)展趨勢(shì),為了進(jìn)一步發(fā)揮橫向開(kāi)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(yùn)行性能,我認(rèn)為今后還須在以下幾個(gè)方面開(kāi)展進(jìn)一步的研究工作。對(duì)于橫向開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)研究還需要在今后的實(shí)際工作中從理論上完善,特別是要經(jīng)過(guò)相關(guān)軟件的嚴(yán)格計(jì)算和通過(guò)樣機(jī)的精密實(shí)驗(yàn),才能真正的證明這種理論的可行性和實(shí)用性。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(kāi)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(jì)，這還需要在以后的工作學(xué)習(xí)中加以學(xué)習(xí)和檢驗(yàn)。參考文獻(xiàn)[1] 任套牢. 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的原理及應(yīng)用[J]. 煤礦自動(dòng)化, 1998.(6).[2] 王振民. 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)展[J]. 電世界, 1997, (5).[3] 陳新. 基于DSP的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué),控制理論與控制工程系 ,1999.[4] 陳世坤. 高密度AFIR盤(pán)式車(chē)輪永磁電機(jī)設(shè)計(jì). 電機(jī)設(shè)計(jì) (第2版)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1997.[5] 李亞旭. 橫向磁通電動(dòng)機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)初析[J]. ,(1):812.[6] 袁瓊, [J] 微特電機(jī)，2002, 30(3):34.[7] 唐任遠(yuǎn). 現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,.[8] 吳建華編著. 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.[9] 賈好來(lái). 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On Energy Conversion, Vol. EC2, No. 2, June 1987, pp. 294300.致謝經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，但是經(jīng)過(guò)瞿老師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)和工作的同學(xué)們的幫助，我已經(jīng)完成本課題的研究和論文的寫(xiě)作。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師瞿遂春老師。盡管瞿老師平日里工作繁多，但在我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。對(duì)于瞿老師授予的做學(xué)術(shù)和做人的道理我將會(huì)銘記在心對(duì)今后學(xué)習(xí)和生活中定會(huì)大有裨益在此謹(jǐn)向尊敬的老師致以由衷的感謝和崇高的敬意，感謝對(duì)本論文做過(guò)無(wú)私幫助和指點(diǎn)的老師和同學(xué)。感謝在四年多的學(xué)習(xí)和生活中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，感謝我深?lèi)?ài)的父母和一直支持、幫助我的親戚朋友們！衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位老師、教授！最后感謝我的母校湖南工業(yè)大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。 學(xué)生簽名： 日期：附錄開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的位置檢測(cè)方法綜述摘 要 ：本設(shè)計(jì)介紹了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的位置檢測(cè)技術(shù)及各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并展望了其發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，位置檢測(cè)，無(wú)位置傳感器控制1引言開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(srd)是較為復(fù)雜的機(jī)電一體化裝置，srd的運(yùn)行需要在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的反饋量一般有轉(zhuǎn)子位置、速度及電流等，然后根據(jù)控制目標(biāo)綜合這些信息給出控制指令，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制及保護(hù)等功能。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)環(huán)節(jié)是srd的重要組成部分，檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)是各相主開(kāi)關(guān)器件正確進(jìn)行邏輯切換的根據(jù)，也為速度控制環(huán)節(jié)提供了速度反饋信號(hào)。從前面介紹的srd工作原理中可看到，該系統(tǒng)的工作必須得到一個(gè)定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的信息，即轉(zhuǎn)子當(dāng)時(shí)所處的位置以確定相應(yīng)相繞組的通斷，這個(gè)任務(wù)將由位置檢測(cè)器來(lái)完成。srd對(duì)位置檢測(cè)器的一般要求是應(yīng)具有精度高、電路簡(jiǎn)單、工作可靠、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)的方法有很多種，從大的方面分，可分為直接位置檢測(cè)技術(shù)和間接檢測(cè)技術(shù)兩大類(lèi)，下文將分別加以介紹。2直接位置檢測(cè)技術(shù)直接位置檢測(cè)方案是在srd中專(zhuān)門(mén)增設(shè)位置傳感器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)功能。常見(jiàn)的直接位置檢測(cè)器類(lèi)型有:光電式、電磁式、磁敏式、接近開(kāi)關(guān)式等。下面介紹srd中用的最多的光電式位置傳感器的工作原理。光電式位置傳感器一般由裝在轉(zhuǎn)子上的碼盤(pán)與裝在定子或機(jī)殼上的光電檢測(cè)元件構(gòu)成。碼盤(pán)有與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子凸極、凹槽數(shù)相等的齒、槽，且均勻分布。按照所用光電元件個(gè)數(shù)與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相數(shù)的關(guān)系，光電位置檢測(cè)方案可以分為全數(shù)檢測(cè)方案和半數(shù)檢測(cè)方案兩種。全數(shù)檢測(cè)所用光電元件個(gè)數(shù)為電動(dòng)機(jī)相數(shù)m。而半數(shù)檢測(cè)方案所用的光電器的個(gè)數(shù)為相數(shù)的一半。兩種檢測(cè)方案相鄰光電元件之間的夾角與電機(jī)轉(zhuǎn)子極距的關(guān)系均可由下式?jīng)Q定:以8/6極四相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的位置檢測(cè)為例，碼盤(pán)安裝在轉(zhuǎn)子軸上與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，其齒槽數(shù)與轉(zhuǎn)子的凸極、凹槽數(shù)一樣為6，而且均勻分布，所占角度均為30176。，則相鄰?qiáng)A角為75176。的四個(gè)光電脈沖發(fā)生器pppp4固定在定子上。 光電式位置傳感器位置檢測(cè)原理圖 光電開(kāi)關(guān)電路原理圖光電開(kāi)關(guān)由發(fā)光二極管與光敏三極管組成。當(dāng)碼盤(pán)上的齒部擋住光電開(kāi)關(guān)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)輸出為高電平，在碼盤(pán)的槽部位置，光敏三極管接收到發(fā)光二極管的信號(hào)而導(dǎo)通，輸出為低。在轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)1轉(zhuǎn)每個(gè)光電開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)都是占空比為50%的方波，pppp4的信號(hào)的相位依次相差90176。，但是這樣p1和p3相位就相差180176。，其中一個(gè)信號(hào)的上升沿和另外一個(gè)的下降沿重合，p2和p4之間也存在同樣的問(wèn)題。對(duì)這種布置方式，當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)某個(gè)位置跳變沿時(shí)，會(huì)有2個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作，如果碼盤(pán)制造有誤差或光電開(kāi)關(guān)安放有誤差將使應(yīng)該同時(shí)動(dòng)作的光電開(kāi)關(guān)的動(dòng)作產(chǎn)生先后，這將引起錯(cuò)碼及亂碼。所以實(shí)際中使用全數(shù)檢測(cè)方法時(shí)往往采用改進(jìn)的方法將p176。到p3′、p4′，如圖1所示。ppp3′、p4′?？梢?jiàn)，當(dāng)采用改進(jìn)的全數(shù)檢測(cè)方法，按照?qǐng)D示的轉(zhuǎn)向編碼器可依次得到8個(gè)不同的碼1110→1100→1000→1001→0001→0011→ 0111→ 011這8個(gè)碼值周期性的重復(fù)，將一個(gè)60176。轉(zhuǎn)子周期分成8個(gè)區(qū)域。這樣不但避免了應(yīng)該同時(shí)動(dòng)作的光電開(kāi)關(guān)的動(dòng)作產(chǎn)生先后引起的錯(cuò)碼及亂碼，而且將原來(lái)是將分成4個(gè)區(qū)域，現(xiàn)在細(xì)分為8個(gè)區(qū)域，提高了位置檢測(cè)的精度。對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)向的判斷，可根據(jù)位置變化的規(guī)律來(lái)判別，若1110→1100→1000→1001→0001→0011→0111 →0110為正轉(zhuǎn)，若反序變化則為反轉(zhuǎn)。也可根據(jù)ppp3′、p4′四個(gè)電平上跳沿的次序來(lái)判別轉(zhuǎn)向。如果是采用半數(shù)檢測(cè)方法時(shí)，即采用pp2兩個(gè)光電脈沖發(fā)生器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，這時(shí)得到的碼值為11→10→00→01，這4個(gè)碼值周期性的重復(fù)，將一個(gè)60176。轉(zhuǎn)子周期τr分成四個(gè)區(qū)域。所以從理論上來(lái)看，采用半數(shù)檢測(cè)方法完全可以實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)的功能，pp4兩個(gè)光電脈沖發(fā)生器并不是必需的，只用pp2兩個(gè)光電脈沖發(fā)生器就可以簡(jiǎn)化硬件，降低成本。但是在實(shí)際情況中