开关磁阻电机设计与优化

开关磁阻电机设计及多目标优化方法宋受俊;葛乐飞;刘虎成;刘卫国【摘要】绕组电流的非正弦性以及铁心磁通密度的高饱和性给开关磁阻电机(SRM)设计造成了极大困难,传统设计方法过程繁琐、专业性要求高且难以获得最优方案.本文首先利用传统方法得到了SRM初始设计方案,并通过敏感性分析揭示了各主要几何尺寸对电机性能的影响模式.然后,从收敛速度及全局精度出发,对遗传算法进行了改进.在此基础之上,以效率和转矩波动为目标函数,对初始方案进行了优化,得到了关键尺寸和控制参数的全局最优解.本文的研究对SRM设计及优化具有一定的参考价值.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)005【总页数】8页(P197-204)【关键词】开关磁阻电机;多目标优化设计;遗传算法;效率;转矩波动【作者】宋受俊;葛乐飞;刘虎成;刘卫国【作者单位】西北工业大学自动化学院西安 710072;西北工业大学自动化学院西安 710072;西北工业大学自动化学院西安 710072;西北工业大学自动化学院西安710072【正文语种】中文【中图分类】TM3521 引言开关磁阻电机（SRM）具有结构简单坚固、成本较低、控制灵活、调速范围宽、适应恶劣环境等优良性能[1]，在多电飞机[2]、电动汽车[3]、风力发电[4]等军民用领域具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。

然而较低的运行效率以及显著的转矩脉动极大地限制了SRM 的应用及推广，如何对电机本体进行优化设计以突破技术瓶颈，已成为目前的研究热点及难点。

绕组电流的非正弦性以及铁心磁通密度的高饱和性使SRM 驱动系统成为了一个多变量、强耦合的非线性系统，给设计及优化造成了极大的困难[5]。

目前，国内外研究者对该方面的研究还不够深入[6,7]。

绝大多数设计方法均建立在类比法、经验公式以及有限元分析基础之上[8-11]，计算过程繁琐，专业性要求较高，且难以得到全局最优解。

通过仔细的调查分析发现，部分学者在其设计中引入了优化算法[12-17]，在这些文献中，对设计参数的敏感性分析重视不足，且缺乏对优化算法本身的研究与改进，较大地影响了优化设计的效率和结果的质量。

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。

密级：内部三相6/4极开关磁阻电机转矩特性分析与优化设计Analysis and Optimal Design of Torque Characteristics of Three-phase 6/4 Pole SwitchReluctance Motor学院：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化1003班姓名：陈运楷指导教师：张殿海（讲师）2014年6月摘要近年来随着电力电子技术和控制技术的发展，诞生了一种新的特种电机—开关磁阻电机。

该电机具有结构简单、调速性能优良、成本低廉、可靠性高、起动转矩大、效率高等优点。

因此，被广泛应用于牵引传动、通用工业、家用电器等众多领域。

然而，由于开关磁阻电机的双凸极结构所引起的磁路非线性和饱和效应以及特殊的供电方式，与传统的电机相比存在着振动和噪声大的缺点，这就大大限制了开关磁阻电机向更多应用领域的拓展。

因此为了得到更好的开关磁阻电机的动静态性能，如何降低转矩脉动和抑制噪声已经成为今后开关磁阻电机控制系统的研究重点。

首先根据开关磁阻电机的运行机理，以三相6/4极开关磁阻电机作为分析模型，利用ANSOFT软件中的Maxwell模块完成电机的建模和分析。

其次通过修改开关磁阻电机转子极弧系数以及在转子表面开口的方法，改善电机的输出转矩特性。

结合MATLAB软件分析修改转子对平均转矩和转矩脉动的影响。

最后利用实验室自行开发的多目标优化软件对平均转矩和转矩脉动进行多次优化，经过比较后找到最佳解，得到平均转矩提高、转矩脉动下降的结果，达到优化设计的最终目的。

关键词：开关磁阻电机；转矩脉动；平均转矩；优化设计AbstractIn recent years, with the development of power electronic technology and control technology, a new motor called switch reluctance motor, which has so many advantages such as simple structure, excellent performance of speed adjustment, low cost, high reliability, and large starting torque, high efficiency was developed. Therefore, it was applied in many fields such as traction drive, general industrial, and household appliances etc.However, due to the double salient structure of switch reluctance motor which caused nonlinearity of the magnetic circuit and saturation effect as well as the special power supply pattern, compared with the traditional motor the vibration and noise is significant. This feature greatly limited the application of switch reluctance motor to more fields. Therefore, in order to achieve the better dynamic and static performance for the switch reluctance motor, how to reduce the torque ripple and noise has become the hot spot of the future research of switch reluctance motor and its control system.Firstly, according to the operating mechanism of the switch reluctance motor, a three-phase 6/4 pole switch reluctance motor is taken as the analysis model, the torque characteristics is analyzed by utilizing the ANSOFT Maxwell module.Secondly, in the optimization model, the rotor pole arc coefficient and sub-slot on the surface of rotor are taken as the design variables, the torqueripple and average torque are taken as two objective functions. The MATLAB software is applied to calculate the average torque and torque ripple from the Maxwell results.Finally, a multi-objective optimization algorithm which was developed by the laboratory is applied to find out the optimal solution. In order to determine the global optimal solution, the optimization procedure was carried out twice. From the results, the average torque and torque ripple characteristic were improved.Keywords：Switch reluctance motor; torque ripple; average torque; optimal design目录摘要 (I)A bstract........................................................................................................................ I I 第1章绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2课题国内外研究现状及趋势 (3)1.2.1国内发展趋势 (3)1.2.2国外发展趋势 (4)1.3课题主要研究内容 (5)1.4本章小结 (6)第2章开关磁阻电机特点与设计方法 (7)2.1三相6/4极开关磁阻电机的结构与原理分析 (8)2.1.1三相6/4极开关磁阻电机的结构 (8)2.1.2三相6/4极开关磁阻电机的运行原理 (9)2.2开关磁阻电机分析与设计方法 (11)2.2.1 基于Ansoft 的开关磁阻电机有限元分析介绍 (11)2.2.2 转矩脉动、噪声和振动产生的根源 (13)2.2.3 采用的设计方法 (13)2.3本章小结 (14)第3章开关磁阻电机建模 (15)3.1创建电机几何模型 (15)3.1.1创建项目 (15)3.1.2建模过程 (16)3.2材料定义及分配 (21)3.3激励源与边界条件定义及加载 (23)3.4运动选项设置 (27)3.5求解选项参数设定 (28)3.6磁力线与磁密云图 (31)3.7外电路与有限元连接 (33)3.8本章小结 (34)第4章开关磁阻电机优化设计 (35)4.1优化与设计 (35)4.1.1多目标优化简介 (35)4.1.2响应表面的应用 (36)4.2修改转子极弧系数及结构 (37)4.3求解转矩 (38)4.4利用MATLAB求解平均转矩和转矩脉动 (41)4.5优化过程 (44)4.5.1一次优化 (45)4.5.2 二次优化 (46)4.6本章小结 (50)第5章结论 (51)参考文献 (53)致谢 (56)第1章绪论1.1课题背景及意义开关磁阻电机（Switch Reluctance Motor简称SR电机）具有结构简单、转子无绕组、无永磁体、可靠性高等特点，且有控制方式灵活、调速性能好等许多优点。

86极单绕组磁悬浮开关磁阻电机的关键参数优化与
控制的开题报告
1.研究背景与意义
磁悬浮技术已经被广泛应用于高速列车、风力发电机、离心式压缩机、空气分离机等领域。

其中，磁悬浮开关磁阻电机由于具有结构简单、节能、稳定性好、几乎无摩擦损耗等优点而备受关注。

然而，为了达到
理想的运行效率和精度，需要对控制系统进行优化，并以此为基础，对
关键参数进行深度研究，以进一步优化磁悬浮开关磁阻电机的性能。

2.研究内容
（1）磁悬浮开关磁阻电机的基本原理和结构，建立数学模型；
（2）确定磁悬浮开关磁阻电机的关键参数，如气隙长度、磁阻系数、磁场分布等；
（3）对关键参数进行优化，通过仿真和实验的方法验证优化结果；
（4）设计控制系统，进行控制策略研究；
（5）进行磁悬浮开关磁阻电机的性能评价。

3.研究方法
采用理论分析、数值计算、仿真模拟和实验验证相结合的方法，以
控制理论和电磁理论为基础，对磁悬浮开关磁阻电机的关键参数进行分
析和优化，并设计控制系统进行研究。

4.预期成果
通过对磁悬浮开关磁阻电机关键参数的优化和控制系统的设计，实
现磁悬浮开关磁阻电机的高效、稳定运行和高精度控制，具有很高的应
用价值和推广前景。

开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法开关磁阻电机是一种新型的电动机控制技术，其在能效高、响应快、可靠性强等方面具有明显的优势。

为了进一步提升开关磁阻电机的性能，优化调整电路的设计与方法成为关键。

本文将从电机控制器的优化调整电路以及优化方法两个方面进行深入的探讨。

一、开关磁阻电机控制器的优化调整电路为了实现对开关磁阻电机的有效控制，优化调整电路的设计至关重要。

以下是几种常见的优化调整电路：1. 电流传感电路：电流传感电路主要用于检测电机的工作电流，通过采集电流信号可以实时监测电机的工作状态。

在优化调整电路中，合理设计电流传感电路可以提高电机的工作效率和稳定性。

2. 驱动电路设计：驱动电路是实现对电机正常工作的基础，好的驱动电路设计可以保证电机的工作效率和稳定性。

在优化调整电路中，应采用高质量的驱动电路，确保电流和电压的准确控制，提高电机的响应速度和效能。

3. 电源滤波电路：电源滤波电路主要是为了减小电机系统中的电源噪声和干扰。

在优化调整电路中，采用有效的电源滤波电路可以提高电机的工作质量和稳定性，减小不必要的噪声干扰。

4. 温度保护电路：温度保护电路可以监测电机的工作温度，并在超过安全温度范围时及时采取保护措施。

在优化调整电路中，合理设计温度保护电路可以避免电机过热而损坏，提高电机的可靠性和寿命。

5. 控制信号采集电路：控制信号采集电路用于采集外部控制信号，通过与电机的工作状态相匹配，实现对电机的控制。

在优化调整电路中，合理设计控制信号采集电路可以保证电机的精准控制，提高电机的响应速度和稳定性。

二、开关磁阻电机控制器的优化方法在设计开关磁阻电机控制器的过程中，优化方法是实现高性能电机控制的重要手段。

以下是几种常用的优化方法：1. 目标函数优化：通过建立适当的目标函数，利用数学优化方法对电机控制器的参数进行调整，以达到设计要求。

目标函数可以包括电机的工作效率、响应速度、功耗等指标，综合考虑各种因素进行全局优化。

开关磁阻电机的结构优化设计研究的开题报告一、题目：开关磁阻电机的结构优化设计研究二、研究背景与意义：开关磁阻电机是一种新型的电力驱动技术，能够克服传统电机在高速、大功率和高精度应用中出现的问题，具有高效、高性能、低噪音和低成本等诸多优点。

因此，开关磁阻电机的应用前景广阔，已成为电机领域研究的热点之一。

然而，开关磁阻电机作为一种新型电机，其结构设计和性能分析方面的研究仍相对较少，一些关键技术难题亟待解决。

因此，对开关磁阻电机的结构优化设计进行深入研究，可为其应用提供更可靠、更高效的技术支持，具有重要的理论和实际意义。

三、研究内容和思路：本研究将通过理论分析、数值模拟和实验研究等多种方法，深入研究开关磁阻电机结构的优化设计。

主要研究内容包括：（1）分析开关磁阻电机的结构特点和工作原理，建立电磁场模型，并对其进行数值仿真分析，以确定其结构设计的基本原则；（2）基于磁场分析和热场分析，优化开关磁阻电机的结构参数，寻求最优设计方案，并对其进行理论和数值分析；（3）利用实验平台，对设计的开关磁阻电机进行制造和测试，验证其性能，并对其实验数据进行分析和总结。

四、研究预期成果：本研究通过对开关磁阻电机的结构优化设计研究，预期可以获得以下成果：（1）深入分析开关磁阻电机的结构特点和工作原理，建立电磁场模型，并对其进行数值仿真分析，为开发该电机提供理论基础；（2）对开关磁阻电机的结构参数进行优化设计，提出一系列优化方案，并进行理论和数值分析，为其应用提供更可靠、更高效的技术支持；（3）通过实验制造和测试，验证研究所得的结构设计方案，并对实验数据进行分析和总结，为开关磁阻电机的商业化应用提供技术支持。

五、研究进度计划：本研究计划分为以下阶段：（1）阶段一：开题阶段（1个月）：对开关磁阻电机的相关文献进行深入了解和研究，确定研究方向和重点，完成开题报告和研究计划书；（2）阶段二：理论研究阶段（4个月）：分析开关磁阻电机的结构特点和工作原理，建立电磁场模型，并对其进行数值仿真分析，确定其结构设计的基本原则；（3）阶段三：结构优化设计阶段（6个月）：根据理论分析和数值仿真结果，优化开关磁阻电机的结构参数，寻求最优设计方案，并进行理论和数值分析；（4）阶段四：实验制造和测试阶段（6个月）：利用实验平台，对设计的开关磁阻电机进行制造和测试，验证其性能，并对其实验数据进行分析和总结；（5）阶段五：论文撰写阶段（2个月）：撰写论文并进行修改完善。

表２．１常见电机主要参数的典型取值Ｔａｂｌｅ２－ｌＴｈｅｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｙｐｉｃａｌｖａｌｕｅｓｏｆｃｏｍｍｏｎｍｏｔｏｒ相数ⅣｓＭ见／Ｄ，８ｓ８ｔ三相６４Ｏ．５３００３２。

三相１２８０．５７１６。

１５。

四相８６０．５３２３０２１。

２．铁心长度与转子外径的比值兄，定义五讹，其中厶是铁心长度，名的取值严重影响着电机的性能指标和经济指标，当取值较大时，电机较细长，电机绕组端部的长度占整个绕组的比例相对很小，因此电机的整体铜量较少，这种细长的铁心也使端部磁场的影响减弱，这样一来，在二维模型下计算得到的磁化曲线的误差减小。

同时电机的转动惯量较小，对电机的起动和调速性能有很好的帮助，但也使得电机的通风条件变差；反之，当比值较小时，电机相对较粗短，此时的情况正好相反幢引。

参考中小型交流电机的经验数据，兄一般取值为Ｏ．５～３．０。

本文取值为１．２，即铁心长度ｌａ＝；ｔ．Ｄａ＝１３５．５ｍｍ３．开关磁阻电机实际上存在着两个气隙，通常提到的气隙ｇ是指定子极表面与转子磁极表面之间空气的距离，也称为第一气隙，另一个气隙∥指的是定子磁极表面到转子槽底之间的气隙，通常被称为第二气隙，他们分别影响着电机电感的最大值和最小值。

小型电机的气隙通常不小于０．２５ｍｍ，为了减小电机的振动和噪声，应该适当的增大气隙的取值，一般情况下，开关磁阻电机的气隙等于或者稍微小于同容量的异步电机的气隙船¨。

综合实际，取气隙ｇ＝０．４ｍｍ。

４．选取转子轭高ｋ时，应保证轭部铁心出现最大磁通密度时不会达到过饱和，考虑到存在两相以上绕组同时导通的情况，轭高较好的取值是：ｈＣｉ＂＝（１．２－１．４）等（２－２４）式中，ｋ是转子的极宽，在不影响转轴强度情况下，ｋ可以取的相对较大的值，本文取ｈ。

：１５．７７ｍｍ，定子轭高ｈ。

的选取同转子轭高相同。

５．每相绕组串联匝数的确定。

由开关磁阻电机的方程可知，每相绕组的·串联匝数如公式（２－２５）所示通过上面公式计算得Ｎｐｈ＝７６。

48V1.5kW开关磁阻电动机设计优化及驱动系统仿真
的开题报告
本文的题目为“48V1.5kW开关磁阻电动机设计优化及驱动系统仿真”，主要涉及到电动机设计与驱动系统仿真方面的研究。

本文的研究目的在于探究开关磁阻电机在电机设计和驱动系统方面的优化与研究。

开关磁阻电机具有高效能、高功率密度、高扭矩密度、起动、制动、换向方便等优点，因此被广泛应用于电动汽车等领域。

但其设计和驱动系统方面的研究相对较少。

文章主要分为以下几个部分：
第一部分：绪论。

介绍了开关磁阻电机的基本原理和应用领域，以及研究背景和意义。

第二部分：开关磁阻电机设计。

从磁路设计、定子绕组设计和转子设计三个方面进行电机设计，优化开关磁阻电机的设计参数，提高电机效率和性能。

第三部分：开关磁阻电机驱动系统。

介绍开关磁阻电机驱动系统的工作原理和控制策略，以及对电机的速度、扭矩和位置等参数进行闭环控制。

第四部分：仿真与实验。

使用电磁场仿真软件和MATLAB/Simulink 等软件对电机和驱动系统进行仿真分析，验证设计和控制策略的正确性和可行性，并通过实验对仿真结果进行验证。

第五部分：结论与展望。

总结本文的研究内容和结论，并对未来的研究方向进行展望。

本文所涉及的研究内容将有助于开展更深入的开关磁阻电机相关研究，并为相关领域的工程应用提供启示。

开关磁阻电机结构优化现状与发展趋势摘要：作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机以其结构简单、起动转矩大、稳定性高等优点在石油、航空、电动汽车等领域得到了发展和广泛应用。

然而这种电机自身存在转矩脉动大、噪声明显等缺陷，对其在某些特殊场合的进一步应用造成了不利的影响。

长期以来，为了进一步提高开关磁阻电机的各项性能，国内外研究者对开关磁阻电机的结构优化，开展了广泛、系统和深入地研究工作，取得了一些具有建设意义的成果。

因此，对上述研究工作，进行合理有序的梳理和评述，不但有利于掌握该领域研究动态，更有助于优化该领域发展思路。

鉴于此，本文在收集国内外开关磁阻电机结构优化文献的基础上，对其研究现状和发展方向进行了较为全面系统的探讨、分析与展望，以求能够为开关磁阻电机设计制造和运行检修水平的进一步提升，提供有益参考。

关键词：开关磁阻电机；绕线方式；励磁方式；电磁场逆问题；优化；发展动态0引言随着科学技术和工业化的快速发展，工业自动化程度的日益加深，电机的应用领域不断扩大。

现如今，国内外对电机的研究，尤其针对电机的技术方面，进行了更深入地研究。

诸如定、转子在更高电压的情况下，如何进一步优化其绝缘性能；考虑电机的电磁性能，对电机实行变速变频等优化控制；新产品开发中，广泛运用 ANSOFT、FLUENT、ANSYS 等软件从电机电磁场、机械强度和应力、转子动力特性、温升和温度场等方面进行有限元计算分析。

此外，如德国西门子公司、日本三菱电机有限公司等企业与上国内电机厂合作研究新型电机产品，技术上呈现优劣互补的特点，目前已研发出的新产品有如 VFD 同步电机、超高速永磁同步电机、高温超导电机、低温潜液泵电机等等。

本文将依托开关磁阻电机这一成果，对其技术优化方面作阐述总结。

1开关磁阻电机本体结构优化开关磁阻电机理论体系和计算电磁学的不断发展为电机结构的优化提供了基础，以国外的纽卡斯尔大学、利兹大学、东京理科大学，国内的南京航空航天大学、浙江大学、华中科技大学为代表的科研机构，提出了许多新型开关磁阻电机结构来改善其性能，基本可以概括为三个方面: 定子绕线方式优化、定转子结构优化、励磁方式优化。

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。

开关磁阻电机性能的研究与优化设计开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是一种适用于高速、高效、高可靠性和低成本的电机。

它的特点是没有永磁体和绕组，通过磁阻来实现转矩产生。

本文将研究SRM的性能，并优化其设计。

首先，我们来分析SRM的性能。

SRM的核心是转子和定子，它们之间的间隙被称为磁阻。

在运行时，SRM通过改变定子和转子的磁阻来产生转矩，从而驱动负载。

与传统电机相比，SRM具有以下优点：结构简单、无永磁体、高效率、高可靠性和低成本。

然而，SRM也存在一些问题，如震动和噪音较大、起动困难、转矩脉动等。

因此，我们需要对SRM进行研究和优化设计，以提高其性能。

为了研究SRM的性能，我们可以从以下几个方面进行分析。

首先是电磁特性的研究。

我们可以通过建立数学模型来分析SRM的电磁特性，如磁场分布、磁阻变化和磁通变化等。

通过研究这些特性，我们可以了解SRM的工作原理和性能表现。

其次是电气特性的研究。

SRM的电气特性包括电流、电压和功率等。

我们可以通过实验和模拟来测量和分析这些特性，以了解SRM的工作状态和效果。

在研究电气特性时，我们还可以考虑SRM的控制方法，如直接转矩控制（Direct Torque Control，简称DTC）和传统的PWM控制方法等。

通过优化控制方法，我们可以提高SRM的响应速度、精度和效率。

第三是热力特性的研究。

SRM的工作会产生一定的热量，如果热量无法有效散发，会影响SRM的性能和寿命。

因此，我们可以通过热学分析来研究SRM的热力特性，如温升、热阻和散热方式等。

通过优化散热设计和材料选择，我们可以降低SRM的温升，提高其工作效率和稳定性。

最后是结构设计的研究。

SRM的结构设计直接影响其性能。

我们可以通过优化磁路设计、转子形状和定子绕组等方式来改善SRM的性能。

同时，我们还可以考虑使用新材料和新工艺，如磁性复合材料和三维打印技术等，来提升SRM的性能和制造效率。