论文部分内容阅读
横向磁通开关磁阻电机(Transverse Flux Switched Reluctance Motor,TFSRM)是一种在结构上实现电、磁负荷完全解耦的开关磁阻电机。该电机相比传统径向和轴向磁通SRM,其功率密度更高,且易于实现模块化设计,在船舶、家电、电动汽车等领域具有广阔应用前景。对其进行设计、分析、优化等研究具有重要理论意义与工程价值。本文在研究国内外已有的TFSRM的基础上,提出一种新型结构的模块化横向磁通开关磁阻电机(Modular TFSRM,MTF-SRM),并详细分析了该电机的拓扑结构、运行原理。对电机尺寸设计、运行特性、参数优化等方面也进行了全面深入的研究。此外,搭建了样机实验平台,对样机特性进行了测量。论文主要研究内容如下:介绍了课题研究背景及意义,全面分析了国内外横向磁场电机和开关磁阻电机的研究现状。比较了现有开关磁阻电机的结构形式,论证了MTF-SRM的结构性能优越性。详细阐述了传统开关磁阻电机的结构特点与运行原理,为MTF-SRM的电磁分析及设计提供理论基础。对MTF-SRM进行了具体结构设计,并深入研究了MTF-SRM的结构特点和运行原理,给出MTF-SRM的电磁参数设计方法,并采用解析法初步验证了电机设计正确性。采用三维有限元(3D-FEM)对MTF-SRM的空载磁场分布进行了研究,计算了电机的电感、磁链、磁共能、转矩、气隙磁密等静态参数,采用CCC/APC组合的控制方式对电机空载及负载特性进行了仿真分析,最后将所提出的MTF-SRM与传统开关磁阻电机进行了性能对比。全面探讨了电机的尺寸参数对MTF-SRM静态性能及转矩特性的影响规律。采用基于遗传算法的Maxwell 3D中Optimization模块对MTF-SRM转矩脉动和平均转矩进行优化,建立了MTF-SRM多目标优化模型,选取了优化变量与约束条件,得到近似最优解集,将优化前后电机的性能参数进行了对比分析。根据遗传算法优化结果加工制作样机一台,搭建实验平台对样机进行实验研究,并与仿真结果进行了对比,验证电机优化设计与有限元仿真的正确性。