同步磁阻电机转子拓扑结构与强度研究

【摘要】：由于高性能稀土永磁材料自身的有限性和战略性,导致了永磁材料的价格越来越高,这将使得永磁电机的成本增加,人们迫切需要找到一种电机性能与永磁电机接近,少用或不用永磁材料的电机,因此,同步磁阻电机进入了人们的视野,同步磁阻电机的关键问题在于转子拓扑结构,而拓扑结构又与强度关联,转子拓扑结构与强度是影响同步磁阻电机性能与稳定运行关注的焦点之一,对电机设计与运行具有重要的工程价值和理论意义。基于磁阻最小路径闭合的原理,针对转子空气磁障、转子磁肋和转子磁桥等主要结构,将磁障形状、磁障层数、磁障层占比、磁桥和磁肋宽度作为优化主要影响因素,同时兼顾定、转子间的气隙影响,以电磁转矩、功率因数和凸极比为优化目标,基于控制变量法对转子结构指标进行逐项优化,并利用田口正交法对多指标参数进行综合优化,在两种优化结果对比分析的基础上,确定出了一个相对较优的转子拓扑模型。在优化转子拓扑结构模型基础上,针对偏心故障对同步磁阻电机性能的影响,计算并分析了同步磁阻电机转子有无偏心时的动态电磁力分布特征与变化规律,在考虑磁饱和的影响下,建立了转子偏心故障下的动态电磁力计算模型,计算了转子偏心时的定子齿壁、转子磁肋以及转子表面动态电磁力,揭示了偏心对其电磁力分布的影响规律。基于受力平衡原理,建立了转子结构力学分析模型,结合同步磁阻电机转子拓扑结构特点,对转子磁肋、转子磁桥和磁障层占比进行了应力与形变量分析,揭示了有磁肋转子和无磁肋转子在不同转速下各个位置机械强度的变化规律,证明了转子磁肋有助于提高空气磁障位置的机械强度,并分析预测了各层磁障与磁肋在额定转速下转子的形变量变化趋势,为同步磁阻电机安全运行提供了参考。