开关磁阻电机的电磁设计方法

毕业设计报告书课题名称：开关磁阻电机设计及控制专业班级：电机制造及运行维护报告人：指导老师：报告日期：年月日2005/6/152005/6/15毕业设计(论文)任务书课题名称(包括主要技术参数)及要求:题 目: 开关磁阻电机设计及控制功 率：kw 15P N = 电源电压：相电压v 380U = 额定转速：m in /r 1500n = 额定效率：85.0≥η调速范围：min /200050r ∝ 运行方式：连续运行 绝缘等级: B课题内容及工作量:1. 了解开关磁阻电机原理、结构及控制2. 确定电机主要参数、主要尺寸3. 电磁方案计算4. 控制研究5. 编写设计说明书目录前言第一章开关型磁阻电机驱动系统的组成1.1 SRD基本结构1.2 SRD的工作原理1.3 SRD的特点1.4 SRD的研究动态第二章 SR电机工作原理和特点2.1 基本结构2.2 工作原理2.3 SR电机的特点第三章开关磁阻电动机电磁设计3.1 设计特点3.2 确定SR电动机额定数据3.3 计算SR电动机主要尺寸3.4 计算SR电动机其他尺寸3.5 选择导通角和磁负荷，计算绕组匝数3.6 核算SR电动机的额定转矩、额定电流3.7 计算槽满率、导线线径及每相绕组的电阻3.8 参数计算和校核额定效率3.9 计算机辅助设计程序第四章 SRD的基本控制原理4.1 基本控制策略4.2 正反转控制4.3 SR电动机的起动运行4.4 低速斩波控制4.5 高速单脉冲控制第五章 SRD系统控制原理设计5.1 控制系统的总体设计5.2 控制器的设计5.3 电流检测器的设计5.4 位置检测器的设计5.5 功率变换器的设计第六章 SR电动机运行时的转矩脉动与噪声6.1 SR电动机的转矩脉动分析6.2 SR电动机的噪声分析第七章开关磁阻电动机应用概况7.1 SRD系统在电动车方面的应用7.2 SRD系统在家用电器方面的应用2005/6/15第八章结束语第九章参考资料附录：参观实习报告摘要：在此次设计中，主要是系统的介绍开关磁阻电动机驱动系统的基本结构和基本工作原理，并依此为基础简要的进行开关磁阻电动机驱动系统的设计；重点分析和详细的说明了开关磁阻电动机驱动系统的执行元件开关磁阻电动机的结构、控制原理和控制策略，并根据给定的电动机的额定数据进行电机的主要参数、主要尺寸、电磁方案的计算、性能的核算和控制方案研究关键词：开关磁阻电动机驱动系统开关磁阻电动机电磁设计控制方案研究转矩的脉动与噪声2005/6/15前言磁阻式电动机诞生于160年前，但在此后漫长时期内，它一直被认为是一种性能（效率、功率因数、利用系数等〕不高的电动机，故仅应用于少数小功率场所。

ｔ Ｓ Ｍ）ｗ ｓｐｅｅ ｔ ｉ ｐ ｐｒ ｈ ｅｅａ ｐｏｅｓ ｆ ｔｔ ｎ ｏ ｒｏ Ｒ ｄ ｓ ｎｗ ｓｄ — ｏ ｒ（ Ｒ ａ ｒｓｎｅ ｉ ｔ ｓ ａ ｅ．Ｔ ｅｇｎ ｒ ｒｃ ｓ ｏ ａ ｒ ｄｒｔ ｆ Ｍ ｅｉ ａ ｅ ｄ ｎ ｈ ｌ ｓ ｏａ ｏ Ｓ ｇ
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（ ｏｔｗ ｓ ｒ ｏ ｔ ｈ ｉａ Ｕ ｉ ｒ ｔ，Ｘ ’ １０ ２，Ｃ ｉａ Ｎ ｒ ｅｔ ｎＰ ｌ ｅ ｎｃｌ ｎ ｅｓｙ ｉｎ７ ０ ７ ｈ ｅ ｙｃ ｖ ｉ ａ ｈｎ ）
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按相同容量 的异步电机选取 ；Ａ为细长 比（ ． Ａ＝１ ／
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开关磁阻电机的设计与应用引言开关磁阻电机是一种新型的电机，具有结构简单、体积小、响应快、效率高等优点，在工业生产和家用电器等领域得到广泛应用。

本文将介绍开关磁阻电机的设计原理、构造和工作方式，并探讨其在不同领域的应用。

1. 开关磁阻电机的设计原理开关磁阻电机是通过控制磁场的方向和大小来实现转动，其设计原理基于磁阻效应和磁场的反转。

当电流通过绕组时，会产生一个磁场，根据右手定则，当磁阻材料中的磁场方向与绕组的磁场方向相反时，就会出现瞬时的磁流偏移，导致磁场的反转。

通过不断地反转磁场的方向，可以产生连续的转动力。

2. 开关磁阻电机的构造开关磁阻电机主要由转子、定子和驱动电路组成。

2.1 转子转子是开关磁阻电机的核心部件，由磁阻材料制成。

磁阻材料通常采用铁短路片或磁铁片，具有高导磁性和低磁饱和性。

转子上绕有线圈，通过控制线圈通电情况，可以控制转子的磁场方向和大小。

2.2 定子定子是开关磁阻电机中固定的部件，用于产生或感应磁场。

定子一般由永磁体或电磁体构成，永磁体具有固定的磁场，电磁体则通过外部电源提供磁场。

定子的磁场与转子的磁场交互作用，产生转动力。

2.3 驱动电路驱动电路是控制开关磁阻电机正常工作的关键部分，它负责提供正确的电流和电压信号，并控制磁场的反转。

驱动电路一般由电能转换器、控制芯片和传感器组成。

3. 开关磁阻电机的工作方式开关磁阻电机主要有两种工作方式：单相工作和多相工作。

3.1 单相工作单相工作是指开关磁阻电机通过单个绕组进行驱动，具有结构简单、成本低的优点。

但由于只有一个驱动绕组，单相工作的开关磁阻电机转速较低，扭矩较小，适用于一些低负载和速度要求不高的应用。

3.2 多相工作多相工作是指开关磁阻电机通过多个绕组进行驱动，具有转速高、扭矩大的优点。

多相工作的开关磁阻电机可以灵活控制磁场的变化，达到更高的效率和更精确的转动性能。

但多相工作的开关磁阻电机相对于单相工作来说，结构复杂，成本较高。

Ｓ Ｍ， Ｒ 不适 用 于高速运 行的低 极数 Ｓ 的基础 上 ， 导 了 Ｒ ／ Ｒ 推
４ ２极 高速 Ｓ Ｍ 三个 重要位 置 的磁化 曲线 计算 公式 ， 与有 限元 结果做 了对 比。 对额 定工 况下 的 ／ Ｒ 并 ４ ２极 Ｓ Ｍ 样 机进行 了转矩校 验 ， 出了传 统校验 法 的不足 ， 出 了新 的校 验 方 法。最后 ， 虑 电 ／ Ｒ 指 提 考
第ｌ ４卷
第 ９期
电 机 与 控 制 学 报
Ｅ ＬＥＣＴＲＩ Ｃ Ｍ Ａ ＣＨ Ｉ ＥＳ Ａ Ｎ Ｄ ＣＯ ＮＴＲ ＯＬ Ｎ
Ｖ０＿１ Ｎｏ ９ ｌ ４ ．
Ｓ ｐ． ２ ０ ｅ ０１
２１ ０ ０年 ９月
高 速开 关磁 阻电机 电磁 解 析 分 析 方法
裴 丽娜 葛 宝 明 ， 毕 大 强 孙 东森 ， ，
ｔ ｃ ｔｒ（ Ｒ ．Ｔ ｅｅ ａｅ ｓｍｅｃｍｐ ｔ ｉ ａ ｆ ｍ ｌｓｆｒｌ — ｅｄ ｍ ｔｒ ｗｔ ｕｔｐｌｓ ａ ｅｍｏ ｎ ｏ Ｓ Ｍ） ｈ ｒ ｒ ｏ ｏ ｕａ ｏ ｌ ｏ ｕａ ｏ ｓ ｅ ｏ ｓ ｉ ｍ ｌ—ｏ ， ｔｎ ｒ ｏ ｗ ｐ ｏ ｈ ｉ ｅ
（ ． 京 交 通 大 学 电 气 工程 学 院 ， 京 １０ ４ ２ 清华 大 学 电力 系统 国家 重 点 实 验 室 ， 京 １０ ８ ） １北 北 ０ ０４； ． 北 ００ ４
摘
要 ： 化 曲线计 算是 Ｓ Ｍ 解 析 计 算 的 关键 ， 有 的磁 化 曲 线计 算 公 式 大 多针 对 多极数 低 速 磁 Ｒ 现
机 自起 动 能力 ， 化 了电机转 子结构 。 优
关键词 ：高速 电机 ；开 关磁 阻电机 ； 化 曲线 ；转矩校 验 ；自起 动 磁

开关磁阻电机的电磁设计开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是一种利用磁阻力产生转矩的电机。

在SRM电机中，转动部件是一个由一系列磁场互相耦合的铁磁材料构成的转子，它和定子之间没有任何电磁感应元件。

因此，SRM电机具有许多优点，例如结构简单、容量小、重量轻、高效率以及低成本等。

SRM电机的电磁设计是SRM电机设计中的一个重要环节。

其设计目标是使电机的转矩和功率因数优化，并使其达到高效率运行。

为了实现这个目标，需要进行以下几个方面的电磁设计。

首先，需要确定电机的工作原理和各种性能指标。

在SRM电机的设计中，常用的工作原理是磁阻推力原理。

在该原理下，通过改变定子上电流的大小和方向，可以产生一个斥力，进而驱动转子转动。

因此，需要确定电机的定子电流和栅极火花的位置和数量等参数。

其次，需要进行电机的磁路设计。

磁路设计主要包括定子和转子的磁路结构设计。

在定子的磁路设计中，需要确定定子的槽形和定子线圈的绕组方式。

在转子的磁路设计中，需要确定转子的磁阻分布和转子磁通闭合的路径。

通过对定子和转子的磁路设计，可以优化电机的磁通分布，提高电机的磁阻和转矩。

然后，需要进行电机的线圈设计。

线圈设计主要包括定子线圈和转子线圈设计。

定子线圈设计中，要考虑线圈元件的形状和尺寸，以及线圈的绕组结构和电流密度。

转子线圈设计中，要考虑转子线圈的尺寸和形状，以及线圈的绕组方式和电流密度。

通过优化线圈的设计，可以提高电机的工作效率和功率因数。

最后，需要进行电机的性能评估和优化设计。

性能评估主要包括电机的转矩、功率因数、效率等。

通过对电机的性能进行评估，可以找出电机的不足之处，进行相应的优化设计，以提高电机的性能。

总之，SRM电机的电磁设计是SRM电机设计中的一个重要环节。

通过合理的电磁设计，可以提高电机的转矩和效率，实现电机的高效运行。

但是，电磁设计还需要考虑其他因素，如电机的机械设计、控制系统设计等。

前言８0年代以后,开关磁阻电机调速系统的性能指标高于其他传统的传动系统。

因以结构简单、运作可靠及效率高等突出特点,成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统有力的竞争者。

目前,开关磁阻电机已广泛应用于纺织、冶金、机械、石油、化工、航空、交通运输等行业。

美国、英国、韩国已在家用电器中进行了应用，并取得了良好的效果。

开关磁阻电动机是磁阻电机与电子开关驱动控制器组成一体的控制装置，又称开关磁阻电动机调速系统。

它融新型电动机结构与现代电力电子技术、控制技术一体，兼有交流变频调速系统的电动机结构简单、坚固耐用、无刷、无整流子和直流调速系统的调速性能好、控制电路简单、输出特性变化灵活、能频繁正反转和起、制动、在负载和转速变化时均有较高效率以及能适应恶劣环境等优点，是一种性能价格比较高的无级调速系统。

它有许多卓越的性能,如：①启动特性好,启动电流小,为额定电流的３０%，而启动转矩是额定转矩的2～3倍；②低速特性好,真正意义上的永恒转矩;③调速范围广，稳速精度高;④标准的四象限运行，在有良好的启动性能的同时,还具有出色的制动性能；⑤效率高,即在全调速范围内的高效率,节约能源是其突出的优点。

需要特别说明的是，本设计是在老师谢卫才的悉心指导下完成的,同时,同组同学也给了很大的帮助,是大家同心协力辛勤工作的成果。

论文编写过程中还吸取了谢卫才老师的殷殷教诲。

作者还要特别感谢本班同学向滔、尹湘宇、米建华等在设计过程中给予的关心、意见和支持。

鉴于作者对相关领域知识的了解深度和对可编程逻辑器件本身认识的局限性，文中难免有不足和谬误之处,诚挚地希望老师们批评指正。

ﻬ目录摘要................................................. .．.ⅢAＢSTRAＣT (Ⅳ)第1章概述 (1)1．1关磁阻电机的优点与缺点ﻩ2１.1.1开关磁阻电机的优点:ﻩ21.1．2 开关磁阻电机的缺点ﻩ21.2 开关磁阻电动机应用和发展............................. ２第2章开关磁阻电动机工作原理与结构ﻩ４2．1 开关磁阻电动机的工作原理 (5)2.1．1 基本结构ﻩ52.1.2 SRD的工作原理 (5)2.1.3 SRＤ的特点 (5)2.２开关磁阻电动机的结构 (5)第３章开关磁阻电动机电磁设计 (9)3.１设计特点............................................. ９3．2 确定SＲ电动机额定数据 (9)３．３计算ＳＲ电动机的主要尺寸ﻩ93.4 计算机辅助设计程序................................. 1３第4章 SＲＤ系统控制原理设计 ................. 错误!未定义书签。

开关磁阻发电机设计
设计一台开关磁阻发电机的步骤如下：
1. 确定发电机的功率需求：确定所需的电力输出，这将有助于确定所需的磁阻发电机的尺寸和特性。

2. 选择磁性材料：选择合适的磁性材料作为发电机的核心。

通常，钢或铁是常用的磁性材料。

3. 设计线圈：根据功率需求和磁阻发电机的尺寸，设计合适的线圈。

线圈应具有适当的电阻和电容特性。

4. 安装控制开关：将控制开关安装在发电机的适当位置。

这个开关用于调整发电机的输出功率。

5. 安装输出装置：将发电机的输出装置连接到所需的电路或设备上。

这可以是插座、电池或其他电力系统。

6. 测试和调整：在实际使用之前，对发电机进行测试和调整。

确保发电机能够按预期工作，并满足所需的功率输出。

要注意的事项：
- 磁阻发电机的设计应遵循相关的电气和机械安全标准。

- 在设计和安装过程中，要考虑发电机的散热和绝缘问题，以确保安全和高效的操作。

- 如果对发电机的设计和安装不熟悉，最好请专业人士进行咨询和指导。

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开关磁阻电机的电磁参数设计与研究谷雨【期刊名称】《《防爆电机》》【年(卷),期】2019(054)006【总页数】4页(P5-8)【关键词】开关磁阻电机; 设计; 基本方程; 损耗分析【作者】谷雨【作者单位】佳木斯电机股份有限公司黑龙江佳木斯154005【正文语种】中文【中图分类】TM3020 引言开关磁阻电机是20世纪80年代发展起来的一种新型电机。

最早源于1969年美国Nasar教授所写的一篇论文，论文中所描述的开关磁阻电机的两个基本特征：(1)开关性，电机始终工作在连续的开关状态下，这样，开关磁阻电机的发展必然与功率开关器件的发展相关联；(2)磁阻性，开关磁阻电机为双凸极结构，具有可变磁阻的特性[1]。

到了1980年，英国Lawrenson及其同事发表了系统化的研究结果，阐述了开关磁阻电机的原理及其设计特点，从而在国际上奠定了开关磁阻电机的地位，并以此开始有了现在的应用研究和实用化。

由于开关磁阻电机的双凸极的特殊结构，使得它有着比一般电机更好的性能特点，例如在所有的调速和功率范围内，开关磁阻电机调速系统的整体效率比交直流调速、串级调速、电磁调速等系统效率相对更高，而且可以方便地实现四象限控制[3]，因而开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆在各种工况下运行[4]；又因为它相比于其他电机起动转矩大，起动电流小，可以频繁重载起动，无需其它的电源变压器，节能、维护简单，所以特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等[2]；在航空机械领域，开关磁阻电机也有很好的应用，正是因为它结构简单可靠、坚固耐用，并且有着航空机械最重要的一点，良好的容错性，因此，吸引了许多国家对开关磁阻电机在航空领域的研究，美国最早对此开始研究，已经开发出30kW、270V、最大转速为52000r/min和250kW、270V、最大转速23000r/min两种规格的航空发动机用的SRD起动/发电机系统。

本文主要研究开关磁阻电机本体的电磁设计，对开关磁阻电机的设计过程做了详细的介绍，所做的主要工作如下：(1)介绍开关磁阻电机的结构和基本原理；(2)给出开关磁阻电机各种损耗的计算方法。

系统组成（一）
RS232
开关量输入 开关量输出
通讯接口
光电隔离 继电器
控制驱动电源 IGBT驱动电源
显示与键盘
嵌入式微处理器
可编程逻辑器件
驱 动 信
号
保 护 信
号
IGBT驱动及保护电路
A/D转换
D/A转换
光电隔离 电流采样 斩波电路
模拟量输入 模拟量输出
开关磁阻电机调速 系统由控制器及电机两 大部分组成。
输出功率（kW）
效率（%）
系统特性（二）
调速范围宽，低速下可长期运转
在零到最高转速的范围内均可带负荷长期运转，电机及控制 器的温升均低于工作在额定负载时的温升。
高起动转矩，低起动电流
开关磁阻电动机调速系统起动转矩达到额定转矩的150%时， 起动电流仅为额定电流的30%。
可频繁起停，及正反转切换
开关磁阻电机可频繁起动和停止，频繁正反转切换。在有 制动单元及制动功率满足要求的情况下，起停及正反转切换 可达每小时二千次以上。
系统特性（一）
系统效率高
开关磁阻电机调速系统在其宽广的调速范围内，整体效率 比其它调速系统高出至少10%。在低转速及非额定负载下高效 率则更加明显。
B D
100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
开关磁阻电机的设计及应用
山东科汇电力自动化有限公司 2012年9月
目录
一、开关磁阻电机的发展 二、基本原理 三、系统组成 四、系统特性 五、设计及优化 六、应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

北京交通大学硕士学位论文无轴承开关磁阻电机的分析与设计姓名：王秋蓉申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：葛宝明20070301ｊｂ塞变通厶堂亟±堂位ｉ盆塞定义气隙和线圈区域的相对磁导率为胁＝ｌ，转子和定子材料为冷轧硅钢片Ｄｗ５４０·５０．其非线性Ｂ．Ｈ曲线如图４．１。

样机参数：定子铁心外径Ｄ－＝１７５ｍｍ，定子内径乜．：９８ｍｍ，主绕组匝数Ⅳｍ＝３０匝，径向力绕组Ⅳｓ．＝Ｍ：＝也＝２０匝，电机铁心长度，；ｏ．１ｍ，转子内径哦＝４５蚴，平均气隙长度ｇ＝Ｏ．３ｍｍ，定子极弧为ｌ５０，转子极弧为１６．９５０，定子轭厚为１５ｍｍ，转子轭厚为１２ｍｍ，定、转子齿型均为平行齿。

磁场强度Ｈ‘Ａ，ｍ）豳舢ｌ非线性材料Ｄｗ５４０－５０磁化曲线Ｆｉ９４·ｌＢ—Ｈｃｕｒｖｅｏｆｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒｍａｌｅｆｉａＩＤＷ５４０－５０无轴承ｓＲＭ的二维物理模型如图４．２所示，其中模型中的不同灰度代表了建模过程中赋予不同的材料属性。

（ａ）口＝；ｏｏ（ｂ）口＝之２．５９图４－２无轴承ＳＲＭ二维物理模型酗Ｆｉｇ．４·２２·ＤＰｈｙｓｉｃａＩｍｏｄｅｌｏｆｂｃａｒｉｎｇＩｅｓｓｓＲＭ网格划分是建立有限元模型的中心工作，模型的合理性很大程度上可以通过所划分的网格形式反映出来。

网格数量又称绝对网格密度，它通过网格尺寸来控制。

在有限元分析中，网格数量的多少主要影响以下两个因素：１３８玉抽丞ＳＢ丛曲直阻丞筮蚯１．计算精度网格数量增加，计算精度一般会随之提高。

这是因为：（１）网格边界能够更好地逼近结构实际的曲线或曲面边界。

（２）单元位移函数能够更好的逼近结构实际位移分布。

（３）在应力梯度较大的部位，能够更好地反映应力值的变化。

但是也需要提醒的是：网格数量太多时，计算的累积误差反而会降低计算精度。

２．计算规模网格数量增加，将主要增加以下几个方面的时间：（１）单元形成时间。

（１）求解方程时间。

6科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON 2008N O.13SCI ENC E &TEC HNO LO GY I N FO RM A TI ON 工程技术无轴承开关磁阻电机集磁轴承和电机于一体,由于无轴承电机具有主绕组、悬浮绕组两套绕组,这造成了在无轴承开关磁阻电机内部磁场分布的复杂性。

因此无轴承开关磁阻电机在电机电磁设计中的关键技术不同于普通开关磁阻电机的设计技术,主要包括主、悬浮绕组的强耦合带来的相互影响,主、悬浮绕组匝数的选取以及由此对电机性能的影响。

1无轴承开关磁阻电机性能指标定转子结构12/8极,三相;额定电压270VDC;额定功率7.5k W ;额定转速20000转/分;单方向最大径向悬浮力1000N;系统效率≥0.80;电机冷却方式定子循环水冷,转子自然冷却;电机尺寸Φ140×100。

2无轴承开关磁阻电机电磁参数设计原则2.1电机绕组设计在无轴承开关磁阻电机的初始设计阶段,电机主绕组匝数主要参考普通开关磁阻电机的设计方法。

在主绕组匝数确定的时候,一方面需要考虑产生的转矩满足设计要求,另一方面也要兼顾到其作为径向悬浮力的偏置磁场的作用。

根据机电能量转换原理,作用于转子的麦克斯韦力可由磁场储能对位移求偏导得到,根据文献的径向悬浮力的数学表达式,可以推导出转子在中心位置时的单方向最大径向悬浮力为:式(3-1)为α方向的最大径向悬浮力表达式,其中各符号的含义如下:Nma 为主绕组匝数,Nb 为悬浮绕组匝数,i m a 为主绕组电流瞬时值,i sa 1为悬浮绕组α方向电流瞬时值,μ0为真空中磁导率,r 为转子极半径,l g0为定、转子极平均气隙长度,l 为定子轴向长度。

根据式可知最大径向悬浮力在电机主要尺寸确定以后,只与主、悬浮绕组的匝数Nma 、N b 和通入的瞬时电流大小有关。

由于在电机的初始设计阶段,Nma 已初步设计出。

开关磁阻电机的设计与驱动控制近年来，国内外关于开关磁阻电机的研究已取得一定的进展，已显示出其与其它电机在价格和可靠性等方面的潜在优势。

虽然SRM结构简单，但是用来分析SRM能量转换过程的数学方法却相对复杂。

由于SRM的双凸极结构和磁路的严重非线性以及脉冲供电方式，传统电机学的一些理论和分析方法已不再适用于SRM。

因此，研究SRM及其驱动系统无论是在理论上还是在工业应用中都具有重要意义。

利用电机电磁场理论和有限元数值计算方法对SRM进行电磁场分析和仿真是SRM研究中重要的一部分，它是整个电机设计和性能分析的基础。

传统的以路的观点进行电机性能分析的方法在SRM 上显现出很大的局限性，然而以场的观点，全面、系统的分析电机的性能，给电机的设计、性能分析与计算带来了很大的方便。

本章着眼于SRM的本体，根据传统电机设计理念与开关磁阻电机设计的特点，设计了一台功率为2.2kW的开关磁阻电机。

1.1开关磁阻电机设计及优化方法1.1.1电机建模与分析SRM的各种性能参数需要经过仿真才能得到，所以设计工作必须包含仿真部分，而仿真的前提是将SRM简化为数学模型。

几种常用的SRM磁链模型有：线性模型、准线性模型、非线性模型。

线性模型：较简单的模型，只要知道最大电感、最小电感以及定、转子极弧宽度就可以得到任意位置的电感，从而计算出磁链、转矩等。

但是，由于SRM一般运行于高饱和状态，磁路是非线性的，所以该方法缺乏可靠性。

准线性模型：将实际的非线性磁化曲线分段线性化，近似的考虑磁通边缘效应和磁饱和效应，从而既克服了线性模型只能用于定性分析的缺陷，又能使问题解析计算有一定的精度。

最常用的准线性模型是用两段直线来代替同一位置角的实际磁化曲线。

该方法的缺点是没有考虑铁心的饱和，计算是二维的，但是因为其编程方便，得到了广泛的应用。

非线性模型：对于不同的励磁电流，磁链与转子位置曲线的中段均为直线，将其三段化后，只需计算出齿对齿，齿对槽两种情况下的磁化曲线，便可以相应的计算出中间任意位置的磁化曲线。

ｄ ｖｌｐ ｄ ｅ ｅｏ ｅ ．Ｒｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｌ ｐ ｅ ｉｉｎ ｏ ｈ ｎ ｌｔ ａ ｅ ｈ ｉｕ ｄ ｔ ｅ ｔｒ ｕ ｅ ｓｔ ｎ ｆ ｃ ｅ ｃ ｅ ｂ ｔ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｗｅｌ ｒ ｃｓｏ ｆｔ ｅ ａ ａ ｙｉ ｌ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｈ ｏ ｑ ｅ ｄ ｎ ｉ ａ ｄ ｅｆ ｉｎ ｙ ａ ｅｔ ｓ ｃ ｎ ｙ ｉ ｒ ｅ
际应用 。
１ 理 论 分 析
１ １ 电机 结构 ．
图１ 为本文设计的由单相模块构成的外转子
横 向磁 场开 关磁 阻 电机 单 相结 构示 意 图。
定子铁心 转子结 定子结构件 定子绕组
为利 用横 向磁 场 电机 结构 的优 点并避 免 永磁 电机 低 功率 因数 带 来 的 问 题 ， 向磁 场 开关 磁 阻 横
关 键 词 ：开 关 磁 阻 电机 ；电机 设 计 ； 向磁 场 横 中图 分 类 号 ：Ｔ ３ ２ Ｔ ５ 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：６ ３６ ４ （ ０７ ０ －０ ５ ４ Ｍ ０ ： Ｍ３ ２ Ａ １７ － ０ ２ ０ ）５００ － ５ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｉｈ ｒ ｅ Ｄｅ ｉｙ Ｔｒ ｎ ｖ ｒ ｅ Ｆｌ ｘ ｓｇ ｆＨ ｇ Ｔｏ ｑｕ ｎｓｔ ａ ｓ ｅ ｓ － ｕ Ｓ ｔｈｅ ｌ ｔ ｎ ｅ Ｍ ｏ ｏ ｓ ｗｉｃ ｄ Ｒｅｕｃ ａ ｃ ｔｒ
２．Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＥｌｃ ｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎｇ ａ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｅ ｔ ａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｉ ｎｄ Ａｐｐ ｉａｉ ｎ Ｅｌｃ ｒ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｌ ｔ ｅ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｔｓｎｇ Ｈａ ｃ ｏ ｉ ｈ ． ｅｘ Ｍａｈｎ ｒ Ｐａ ｔ Ｔ ｉ ａ ３ ０ ７ ｈｎ ） ｎｖｒｉ ， ｅ ｉｇ１０ ８ ，Ｃ ｉａ ３ Ｆ ｎ ｉ ｃ ｉｅｙ ｌｎ， ａｙ ｎ０ ０ ２ ，Ｃ ｉａ ｔ ｊ ｕ

基于磁路分析的SRM设计方法开关磁阻电机工作时遵循磁阻最小原理，在外部激励的作用下产生磁阻转矩驱动转子旋转，使电机的工作磁路趋向于磁阻最小位置。

因此，可通过磁路分析的方法，获得电机主要结构参数与外部激励间的电磁关系，从而对电机结构参数进行合理选取和设计。

由于SRM的磁路结构随转子位置的变化而变化，故合理选取电机的等效计算磁路对计算过程的复杂性和设计结果的准确度具有重要意义，本例将选用SRM定转子位于对齐位置时的等效计算磁路进行磁路分析和电机本体设计。

3.2.3.1 磁路分析法磁路分析方法是基于开关磁阻电机定转子位于对齐位置时的磁路结构、磁动势方程和磁通密度分布规律对SRM的主要结构参数进行设计的方法。

由于定转子位于对齐位置时，定子磁极高度饱和，且激励相的绕组电流近似为峰值电流，故可根据SRM的设计指标要求和框架尺寸约束，并基于电机的定子极饱和磁密B s对SRM的主要结构参数进行设计。

此外，根据SRM的磁路结构并结合磁动势方程，可实现SRM的定子绕组设计。

本例所选取的三相12/8极SRM的磁路结构如图4所示，此时SRM的定、转子磁极位于对齐位置。

图4 三相12/8极SRM磁路结构（对齐位置）所设计的三相12/8极SRM的工作磁路经由定子极、定子轭、转子极、转子轭和气隙组成闭合回路。

故在磁路计算过程中，需分别对上述五类电机结构的磁通密度和磁场强度进行计算。

由于SRM在定转子对齐位置处的磁路结构较为简单，且定子磁极处于高饱和状态，相电流近似为峰值电流，故选取对齐位置的工作磁路进行磁路分析和计算。

在磁路计算中，铁芯材料的磁通密度和磁场强度的对应关系取决于所选材料的直流磁化曲线，本例选用硅钢片DW310-35作为定转子铁芯叠压材料，其直流磁化曲线如图5所示。

20004000600080001000012000140000.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0磁通密度 (T )磁场强度 (A/m)图5 硅钢片DW310-35的直流磁化曲线3.2.3.2 基于磁路分析的SRM 设计流程磁路分析法基于定转子对齐位置处的磁通、磁密分布规律和电机设计经验公式，在电机框架尺寸的约束下，实现SRM 的主要结构参数设计；基于电机磁路的磁动势方程，实现对相电流和绕组匝数的初步设计。

开关磁阻发电机设计1. 引言开关磁阻发电机是一种新型的电机，它利用磁阻效应来实现转动。

本文将深入探讨开关磁阻发电机的设计原理、结构和工作过程，并提出一种优化设计方案。

2. 设计原理开关磁阻发电机的工作原理基于磁阻效应，即当磁通通过一个磁阻元件时，该磁阻元件的电阻会发生变化。

利用这一原理，可以设计出一种能够在不同位置产生不同电阻的磁阻元件，从而实现电机的转动。

3. 结构设计开关磁阻发电机主要由以下几个部分组成： ### 3.1 磁阻元件磁阻元件是开关磁阻发电机的核心部分，它由多个磁阻单元组成。

每个磁阻单元由一个磁性材料和一个控制电磁线圈组成。

通过控制电磁线圈的通断，可以改变磁阻单元的电阻大小，从而实现转子的转动。

3.2 转子转子是开关磁阻发电机的旋转部分，它由多个磁阻单元组成。

每个磁阻单元都与一个控制电磁线圈相连。

当控制电磁线圈通电时，磁阻单元的电阻会发生变化，从而使转子发生转动。

3.3 定子定子是开关磁阻发电机的固定部分，它由多个定子线圈组成。

定子线圈与转子的磁阻单元相对应，当转子转动时，定子线圈中的电流也会随之发生变化。

4. 工作过程开关磁阻发电机的工作过程如下： ### 4.1 初始状态在初始状态下，所有磁阻单元的电阻都相等，转子静止不动。

4.2 电流施加当控制电磁线圈通电时，与之相连的磁阻单元的电阻会发生变化。

通过控制不同磁阻单元的通断，可以使转子发生转动。

4.3 转子转动根据控制电磁线圈的通断情况，转子会按照一定的顺序转动。

具体的转动方式和速度取决于磁阻单元的位置和控制电磁线圈的通断顺序。

4.4 电能转换在转子转动的过程中，定子线圈中的电流会随之发生变化。

通过合理设计定子线圈的布局和参数，可以将机械能转换为电能输出。

5. 优化设计方案为了提高开关磁阻发电机的效率和性能，可以采取以下优化设计方案： ### 5.1材料选择选择高性能的磁性材料和导电材料，以提高磁阻元件和定子线圈的效果。

5.2 结构优化优化磁阻元件和定子线圈的结构，减少磁阻损耗和电阻损耗，提高电机的效率。

第2章 分马力开关磁阻电机的机理分析SR 电机的结构比较简单，但其双凸极的结构特点，磁路和电路的非线性，开关性，使得电机的各个物理量随转子位置作周期的变化，定子绕组电流和磁通波形不规则，传统的分析法难以简单的用于SR 电机的计算。

不过，SR 电机内部的电流过程是建立在电磁感应定理，全电流定理，能量守恒定理等基本电磁关系上，并可由此写出SR 电机的基本平衡方程。

2.1 分马力开关磁阻电机的基本平衡方程一台q 相SR 电机，假设各相结构和电磁参数对称，根据电路定理，可以写出SR 电机的k 相的电动势平衡方程dtd i R u k k k ψ+=（2.1） 式中k u ——第k 相的端电压；k i ——第k 相的电流；k R ——第k 相的电阻；k ψ——第k 相的磁链。

在SR 电机中，各相绕组的磁链是转子位移角和各相电流的函数，故磁链K ψ为)....;,(21θi i k ψ=ψ（2.2）如果忽略了电阻的压降，并假设磁路为线性，则（2.1）可写为a r k k k k k k e e d d i dt d L dt u +=Ω+=ψ=θ（2.3） 式中Ω——角速度，dt d θ=Ω；r e ——由于磁链变化引起的感应电动势；a e ——由于转子旋转使绕组中引起的感应电动势。

进一步考察SR 电机能量，有θd dl i i L dt d i u k k k k k k 2)21(22+=（2.4） 上式表明，输入功率的一部分转化为磁场能量增加；另一部分则输出的机械功率。

可以说，SR 电机正是利用了不断的能量储存，转换而获得高效，大功率的性能。

2.1.2 转矩平衡方程式当电动机电磁转矩与作用在电机上的负载转矩不相等时，转速就会发生变化，产生角加速度。

根据力学原理，可以写出这时的转矩平衡方程L e T K dtd J T +Ω+Ω=Ω（2.5） 或 Le T dtd K dt d J T ++Ω=Ωθ2（2.6） Le T dt d K dtd J T ++Ω=Ωθ22（2.7） 式中J ——系统转动惯量；ΩK ——摩擦系数；l T ——负载转矩。