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摘 要

同步磁阻电机（SynRM）自研究以来，现已经推出了适合的电机向量模型，且主要参数对电机性能的影响已经能够在理论上确定。

由于SynRM中转子几何结构复杂，已经开发了一种合适且简单的组合理论（分析）方法和有限元法，通过识别一些分类的，有意义的宏观参数来克服参数过多的难题。

有效减少参数的数量是研究同步磁阻电机的主要目标之一。根据现有的文献和研究，已经发现不同的参数和变量，并对其进行分类。为了找到与SynRM有关的所有实用的想法和概念，已经进行了大量文献研究。这些发现已被用于开发简单，通用的有限元辅助和快速转子设计程序。通过这种方法，转子设计可以适当地通过相关的简化的有限元灵敏度分析来实现。

该程序目前已经过测试和确认，然后用于为特定感应电机（IM）定子优化特殊转子。该优化主要集中在电流的转矩最大化，扭矩波动也被最小化到实际可接受的值。该过程也可用于测量其他机器的性能参数，并以此作为约束条件来优化转子几何。

最后还进行了完整的几何参数敏感性分析，以研究主要涉及的设计参数对机器性能的影响。

对于最终设计和不同的机器负载条件，计算出一些主要特性如磁化电感，功率因数，效率，过载能力，铁损，转矩和转矩波动。

通过合适的基于FEM的方法灵敏度分析，研究了肋条，气隙长度和阻挡层数量的影响。

关键词 同步磁阻电机，灵敏度分析，主要参数，横向叠加，各向异性，设计，转矩脉动最小化，扭矩最大化，优化，几何参数

Study on Optimization Design of Synchronous Reluctance Motor Rotor Structure

Abstract

The Synchronous Reluctance Motor (SynRM) has been studied. A suitable machine vector model has been derived. The influence of the major parameters on the motor performance has been theoretically determined.

Due to the complex rotor geometry in the SynRM, a suitable and simple combined theoretical (analytical) and finite element method has been developed to overcome the high number of involved parameters by identifying some classified, meaningful, macroscopic parameters.

Reducing the number of parameters effectively was one of the main goals. For this purpose,attempt has been made to find and classify different parameters and variables, based on available literatures and studies. Thus a literature study has been conducted to find all useful ideas and concepts regarding the SynRM. The findings have been used to develop a simple, general, finite element aided and fast rotor design procedure. By this method rotor design can be suitably achieved by related and simplified finite element sensitivity analysis.

The procedure have been tested and confirmed. Then it is used to optimize a special rotor for a particular induction machine (IM) stator. This optimization is mainly focused on the torque

maximization for a certain current. Torque ripple is also minimized to a practically acceptable value. The procedure can also be used to optimize the rotor geometry by considering the other machine performance parameters as constrains.

Finally full geometrical parameter sensitivity analysis is also done to investigate the influence of the main involved design parameters on the machine performance. Some main characteristics like magnetization inductances, power factor, efficiency, overload capacity, iron losses, torque and torque ripple are calculated for the final designs and in different machine load conditions.Effects of ribs, air gap length and number of barriers have been investigated by means of suitable FEM based method sensitivity analysis.

Keywords Synchronous reluctance motor, sensitivity analysis, main parameter, transversally laminated anisotropy, design, torque ripple minimization, torque maximization, optimization

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

第二章 基本理论 2

2.1磁阻概念 2

2.2矢量等效电路和主要性能特点 3

2.3磁化特性 7

2.3.1饱和特性 7

2.3.2交叉耦合效应 8

2.3.3开槽效应 8

第三章 转子几何技术的实现 10

3.1转子几何的分类和发展历史 10

3.2 TLA和ALA比较 10

3.3 SynRM与IM的比较 11

第四章 基本控制概念 14

第五章 TLA转子的参数分类和说明 16

5.1设计或选择的参数 16

5.1.1磁障通量和段 16

第六章 主要设计程序 20

6.1范围 20

6.2无切断分布型 20

6.2.1端点角度（转子槽间距角：） 21

6.2.2段宽 22

6.2.3 q轴的磁障宽度 23

6.2.4 d轴的磁障宽度 24

第七章 基本转子结构分析 28

7.1一个障碍 28

7.1.1 q轴上的绝缘比 28

7.1.2气隙中的磁障和d轴绝缘比 31

7.1.3 q轴磁障的最佳定位 33

7.2单一磁障时的分析结论 33

第八章 转矩与转矩脉动优化 35

8.1平均转矩优化 35

8.1.1不同数量挡板的扭矩和转矩波动 35

8.1.2最大扭矩磁障层的最佳数量 37

8.2扭矩纹波优化 38

8.2.1 4磁障转子的转矩波动最小化 38

第九章 结论 44

参考文献 45

第一章 绪论

本文的目的是为同步磁阻电机（SynRM）转子几何设计程序提供合适的必要信息。

为了实现这一点，合适的理论模型是必不可少的，因此开发了一种简单但完整的运动模型。

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