开关磁阻电动机几何尺寸敏感性分析及优化研究

宋受俊，刘虎成

(西北工业大学，陕西西安710072)

0 引 言

开关磁阻电动机(以下简称SRM)具有简单坚固、成本较低、控制灵活、调速范围宽、适应恶劣环境等优良性能，具备了与交流电动机、直流电动机以及无刷直流电动机相竞争的潜在优势［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，绕组电流的非正弦性以及铁心磁密的高饱和性使SRM 驱动系统成为了一个多变量、强耦合的非线性系统，给设计造成了较大的困难。

现有研究多是针对SRM 驱动系统、控制方法和实验平台的设计及实现［5－6］，关于电机本体设计的文献报道较少，且大多是在类比设计法或经验公式基础之上，利用磁场有限元或工程经验进行局部结构和尺寸的改进［7－9］，理论依据不足。有极少数研究者对遗传算法等自主优化设计法进行了探索［10］。

传统设计方法从输出方程出发，建立输出转矩或功率与电机主要尺寸的关系，然后基于一些经验公式，由主要尺寸演算出电机内部其他尺寸［11］。该方法对设计者在电机电磁场等方面的专业能力要求较高，且难以得到优化的设计结果。本文首先利用传统方法得到了电机的初始设计方案，且进行了性能核算。然后在敏感性分析基础之上，对关键几何尺寸进行了优化，在保证外形尺寸不变的前提下，提高了电机效率和输出功率。

1 初始设计及核算

1.1 设计指标

结构形式:3 相、6 /4 极，电压270 V(DC)，额定转速27 000 r/min，额定功率30 kW，效率80%。……