非对称转子磁阻电机及其转矩波动抑制方法的基础研究

开关磁阻电机以其结构简单、低成本、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性, 越来越得到人们的认可和应用。充分发挥传统开关磁阻电机调速系统的特长，在现有基础上提高电机效率和功率密度、进一步减小电机的振动和噪声是目前研究重点内容。本项目提出一种"非对称转子两相开关磁阻电机"，该种电机转子齿槽为非均匀分布，该种转子结构能克服传统两相磁阻电机启动死区问题，并有效的减小电机转矩波动。课题同时针对该种电机功率单元拓扑结构进行研究，新型拓扑结构能利用前相绕组的续流把能量传递到第二相绕组上，平滑地进行绕组切换。在分析该种电机转矩脉动产生原因基础上，控制策略采用迭代学习控制方法对电机转矩进行分配，对转矩脉动进行抑制。课题研究的非对称型两相开关磁阻电机调速系统有结构简单、调速性能高及转矩脉动低等诸多优点，对增强磁阻电机市场竞争力意义重大，具有良好的研究价值和应用前景。

两相开关磁阻电机是相数较少的一类开关磁阻电机，正是相数的减少使其结构更加简单、成本更加低廉，极其适合应用于高速或家用电器领域。两相开关磁阻电机虽具有诸多优点，但也存在特殊位置不能自启动、转矩脉动大和振动噪声严重的问题。项目提出一种新型非对称转子结构的两相开关磁阻电机，该电机不仅能解决自启动问题，同时能有效抑制电机转矩脉动和降低系统噪声。主要研究工作如下：.（1）分析了对非对称转子结构开关磁阻电机基本结构及工作机理，研究改进基于四条磁化曲线拟合的磁链解析模型，并通过仿真验证该磁链解析模型的建模精度。.（2）分析非对称转子结构开关磁阻电机工作时磁通自由切换的机理及定转子齿部的磁饱和情况，确定电机定转子轭高的最优选取原则，利用有限元仿真验证选取原则的合理性。探讨影响电机磁通自由切换时转矩脉动的结构参数，通过有限元仿真优化分析上述结构参数，寻求磁通自由切换最平稳时电机最优的结构参数。总结出不同结构参数对电机磁链、电感和转矩输出特性的影响规律，归纳出该种电机的设计和参数优化方法。.（3）提出一种无源升压功率变换电路驱动的方案。研究该功率变换电路通过绕组升压降低换相时励磁、退磁时间进而抑制转矩波动的机理。研究表明无源升压功率变换电路适于驱动非对称转子结构开关磁阻电机。.（4）提出具有负转矩补偿的改进型转矩分配函数，以抑制电机换向时产生的负转矩，为进一步提高改进型转矩分配函数抑制转矩脉动的能力，将角度位置控制引入至改进型转矩分配函数。研究表明该种转矩分配函数具有很好抑制电机转矩脉动的能力。.（5）研制非对称转子结构开关磁阻电机样机及控制器，完成电机的静态特性和动态特性测试，并与仿真数据对比，验证样机的电感和转矩特性。.非对称转子结构开关磁阻电机具有任何位置自启动能力、转矩脉动小和噪声低等优点，而在家用电器及军事领域具有良好的应用前景。已与泰安科耐尔电子发展有限公司联合开发针对电动汽车用非对称转子结构开关磁阻电机的散热风扇。同时，项目成果得到了中国航天一院十八所及中国船舶重工集团七零一所认可，合作研发新一代高性能、高可靠潜艇通海阀项目，现阶段，已研发的非对称转子结构开关磁阻电机及其控制系统已完成台架试验、正进行潜艇通海阀地面试验。.随着研究的深入，非对称转子结构开关磁阻电机优势显著，但电机利用率及效率有待提高，应一步研究降低电机损耗方法，提高电机效率，扩展其应用空间。