王永輝

(三門峽職業(yè)技術(shù)學院，河南 472000)

當今社會人們對汽車智能化、舒適性的要求越來越高要求，因此新能源汽車的綜合性能就顯得至關(guān)重要。高性能電機對提高汽車性能非常關(guān)鍵，目前已開發(fā)的高性能電機品種很多，通過分析比較，開關(guān)磁阻電機更適合新能源汽車的性能要求。本文是針對45KW開關(guān)磁阻電機設(shè)計這一工程項目展開分析的。

1 磁場分析

磁鏈-電流（ψ-I）磁化曲線族是SRM電機各種性能計算方法的基礎(chǔ)。雖然有限元法是求取磁化曲線的基本且可靠的方法，但相對于磁路法，仍是數(shù)據(jù)準備工作量大、耗時高、不易于優(yōu)化設(shè)計的實施。對傳統(tǒng)電機，一般只需要一條磁化曲線即可完成電機的性能分析；而對SRM電機，要求有不同轉(zhuǎn)子位置下磁化曲線組成的磁化曲線族。

大量有限元計算和實際測量的結(jié)果表明，磁化曲線族中，有四個轉(zhuǎn)子位置下的磁化曲線是至關(guān)重要的。一旦精確獲得這四個轉(zhuǎn)子位置下的磁化曲線，則可快速而準確地擬合出其他轉(zhuǎn)子位置下的磁化曲線，計算SR電機的各項性能。

這四個轉(zhuǎn)子位置分別是：轉(zhuǎn)子極中心線與勵磁極中心線重合位置θa；轉(zhuǎn)子極間中心線與勵磁極中心線重合位置θu；轉(zhuǎn)子極前沿與勵磁極前沿重合位置θ1轉(zhuǎn)子極前沿與勵磁極中心線重合位置 θhr.。

設(shè)計中，因為我們需要計算磁共能和電磁功率，所以要分析θa和θu兩個位置下的磁鏈-電流曲線。

1.1 θu位置的近似磁通路徑分析和磁導分量的計算

由于根據(jù)有限元計算出的SRM電機在θu位置下氣隙很大，鐵心不飽和，故假設(shè)鐵心的磁導率為無窮大，磁力線垂直于鐵心表面，θu位置下的磁化曲線實際為一條直線，為簡化分析，假設(shè)勵磁繞組為矩形均勻分布，圖1為θu位置的近似磁通路徑，磁力線均由同心圓弧段和直線段組成，點C1、C2、C4的選擇原則是：磁力線與鐵心表面垂直或近似垂直。點O1取線圈邊中心。參照圖1不考慮鐵心端部磁場時，每極繞組的磁鏈為 ：式 中-----區(qū) 域 1、2、3、4、5的磁鏈；一相線圈電感為：

式中：Nph--每相繞組匝數(shù)；μ0---空氣磁導率；LFe--鐵心有效疊長；Pj---各路徑的磁導分量。

磁導分量的計算從（1-1）可以看出，要求出L2D，需先求出各路徑的磁導分量Pj。

（1）、磁導分量P1

圖1 θu位置的近似磁通路徑

圖2 路徑1磁路詳圖

設(shè)lx為磁通管1在x處的磁路長度，為x處單元磁路所匝鏈的安匝數(shù)，則，x ∈ [0 ,m]；。

（2）、磁導分量P2

路徑2的磁路如圖3所示，磁力線為以C2為圓心的同心圓弧族。X處磁路長度為：

（3）、磁導分量P3

圖3 路徑2磁路詳圖

圖4 路徑3磁路詳圖

由于路徑3中的磁力線并非是以C2、C4為圓心的圓弧族，為便于推導，需對路徑3進行進一步處理，用以A，B為圓心的同心圓弧段及垂直與對角線C2、C4的直線段替代原磁力線。圖中，角度∠ABC2近似取為

式中βr------轉(zhuǎn)子極??；τr------轉(zhuǎn)子極距角，

在計算磁導時，需注意平行轉(zhuǎn)子極與梯形轉(zhuǎn)子極的磁路長度不同，因此磁導分量的計算公式亦有差異。X處的磁路長度：

（4）、磁導分量P4、P5

路徑4、5的磁路詳圖如圖5所示。路徑4由以點C4為圓心的磁力線組成，路徑5的磁力線為一組平行直線段，分界點Or由條件決定，組成路徑4同心圓弧族的點C4的扇面角近似取為路徑4、5均全部匝鏈勵磁線圈。由條件

圖5 路徑4、5磁路詳圖

圖6 θa位置兩極磁路模型

不考慮鐵心端部磁場時，θu位置繞組電感用公式1-1計算。由于計算端部鐵心磁場采用三維場的數(shù)值分析方法，這難以應用于一般的性能計算，在此我們用等效氣隙gF和考慮端部磁場的鐵心有效長度lF計及鐵心端部場等效氣隙為磁力線（1）～（5）長度的平均值。

由于求取電感的計算量比較大，且要反復求取，所以要借助于編制VB程序計算求取。

1． 3 θa位置下的磁鏈-電流磁化曲線

對SRM電機的磁場分析表明，在θa位置下，絕大部分磁通比較均勻地經(jīng)定子勵磁極和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，因此可等效為簡單的兩極磁路模型，用磁路法求解。為簡化計算，假設(shè)磁通在磁路中均勻分布，無漏磁通、無磁分流。

磁路模型如下圖6所示，將磁路分為氣隙，定子磁極，轉(zhuǎn)子磁極，定子磁軛，轉(zhuǎn)子磁軛五個磁路段，磁路參數(shù)：氣隙截面積；氣隙長度lg=2g；

轉(zhuǎn)子軛長度 ；定子極截面積S =b l；定ts ps Fe子極長度lts=2hms。

轉(zhuǎn)子極截面積：梯形轉(zhuǎn)子極取距極限1/3極處的磁場強度為磁極的等效磁場強度，

圖7 磁化曲線及磁共能

2 總結(jié)

本文的分析是為45Kw、240V開關(guān)磁阻電機設(shè)計這一工程項目服務(wù)的，在設(shè)計電機時需要計算磁共能和電磁功率，因此對關(guān)磁阻電機定轉(zhuǎn)子內(nèi)部磁場磁鏈-電流（ψ-I）磁化曲線族進行合理分析和研究，本文對電機內(nèi)部磁場磁鏈-電流（ψ-I）磁化曲線族進行了細致的研究與計算分析，主要內(nèi)容如下：θu位置的近似磁通路徑分析和磁導分量的計算；θu位置繞組電感；θa位置下的磁鏈-電流磁化曲線以及磁化曲線及磁共能等。項目完成的樣機運行良好，證明了分析計算方法的可靠性，并且達到了預期的效果。為以后電機綜合性能的進一步提高提供一定的理論支持和理論指導參考。