[发明专利]一种基于等效磁路的开关磁阻电机磁通密度计算方法

说明书

本发明公开了一种基于等效磁路的开关磁阻电机磁通密度计算方法，适用于不同极性的开关磁阻电机，属于开关磁阻电机铁芯磁密分析领域。本发明先根据开关磁阻电机的电压通过电压方程求解得到一相的磁链，根据该相磁链可以推导出其他相的磁链。然后根据开关磁阻电机的极性分布确定每一相导通时绕组产生的磁力线的走向，推导出定子齿、定子轭、转子齿和转子轭各个部分的磁通波形表达式。该方法无需对电机进行有限元建模分析，计算简便，适用于两种极性分布的三相6/4结构的开关磁阻电机的磁通密度的计算，可以应用于开关磁阻电机铁芯损耗计算。

技术领域

本发明公开了一种基于等效磁路的开关磁阻电机磁通密度计算方法，属于开关磁阻电机铁芯磁通密度分析领域。

背景技术

开关磁阻电机相较于传统的交、直流电机有着以下不同：定转子都是简单的凸极结构，都是由硅钢片叠压而成的，没有永磁体；绕组集中分布在定子上，使得电机整体的结构比较简单。但是正是由于开关磁阻电机双凸极的结构和局部饱和的特性使得开关磁阻电机铁芯损耗的求解方法不能按照常规的同步电机或异步电机的铁芯损耗的计算方法来计算。要计算开关磁阻电机的铁芯损耗，必须首先得到电机的各个部分磁通密度波形。常用的磁通密度求解方法是有限元分析法，该方法耗费时间，对计算机的性能要求比较高，并且一旦电机的极性分布和转速、开通关断角、励磁方式等工作状况发生改变，需要再次对电机进行有限元分析，更加耗时，缺点十分明显。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术中开关磁阻电机磁通密度计算的不足，提供一种适用于不同极性分布的开关磁阻电机磁通密度求解方法。不需要对开关磁阻电机进行有限元分析和建模，只需要测量电机的电压即可推导出定子齿、定子轭、转子齿和转子轭部分的磁通密度波形，可以加快铁芯损耗求解的过程。

为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种基于等效磁路的开关磁阻电机磁通密度计算方法，模型建立的具体过程如下。

开关磁阻电机的电路方程和其他种类电机一样，表达式为：

式中，u_k，ψ_k，i_k和R_k分别是第k相的电压，磁链，电流和电阻。

如果已知定子绕组电感、励磁电流和转子位置之间的关系L(θ,i)，就有可能预测电流波形，进而预测电机不同部位的磁通分布。SR电机作为双凸极电机和非凸极电机的一个关键区别在于磁链对电流的依赖性不随转子位置θ呈正弦变化；一般来说，它可以是任何高次谐波的θ的周期函数。由(l)，可确定其磁链值如下：

由于开关磁阻电机磁路饱和，从(2)中确定磁链不是一件容易的事。因为绕组中电阻降远小于电源电压，在(2)中，可以忽略电阻压降。在这种情况下(2)成为：

开关磁阻电机电压的波形为方波，则每相磁链可以表示为：

式中：U_k为输出的电压大小；T_on1是每相导通时间；T_on2为每相续流时间；T_off为每相关断时间；T_D代表电源开关周期。

当开关磁阻电机以转速n(rpm)运转时，(4)又可以表示为：

式中：θ_on1为每相导通角；θ_on2为每相续流角；θ_D为一个电源开关周期对应的机械角度。