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摘 要

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是上世纪80年代发展起来的一种新型电机。这种电机以其结构简单、效率高、控制容易、高效无级调速、成本低等优点，被广泛应用在航天航空，工业拖动，家用电器，电动汽车等领域。

轴向磁通开关磁阻电机（Axial Flux Switched Reluctance Motor简称AFSRM）的定子由定子磁轭以及分布在定子磁轭上的定子齿构成,转子由转子磁轭及分布在转子磁轭上的转子齿构成。电机内部磁场的磁通方向与它们的轴线方向平行，即与转子转动的面相垂直。

与传统的SRM一样轴向磁通SRM一样具有双凸极结构，仅在电机的定子上绕有绕组。但是通过改变定、转子结构，使定、转子沿轴向分布，使其不仅具备普通SRM的灵活性，高容错性，更同时拥有了盘式电机的转动惯量比高、轴向长度短以及体积小等优点。

电磁的分析应用方面有限元可进行方便、快捷、准确的分析。本文采用有限元法进行分析研究，通过在分析软件ANSYS中建立电机的三维实体模型后。利用软件进行求解分析，并通过得到的电磁参数绘制出如电机的磁力线分布图，气隙磁密分布曲线等来对电机的性能进行进一步的分析。

关键词：开关磁阻电机 轴向磁通 有限元分析

Axial Flux Switched Reluctance Motor finite element analysis

ABSTRACT

The switched reluctance motor (SRM) is a new type of motor which was developed in the 1980s.This type of motor with its simple structure, high efficiency, easy control, variable speed high efficiency and low cost, is widely used in aerospace, industrial drag, household appliances, electric vehicles and other fields.

The stator of AFSRM constituted by a stator plate and a number of evenly spaced stator teeth and the rotor constituted by a rotor plate and a number of evenly spaced rotor teeth.Magnetic flux direction of the magnetic field inside the motor is parallel to axes direction,that is,the rotation of the rotor and the magnetic flux direction perpendicular to the plane.As axial flux switched reluctance motor (SRM) has a double salient pole structure as other traditional switched reluctance motor, the stator is winding and rotor without winding.By changing the structure of stator and rotor to make it process the flexibility and high fault tolerance of the normal SRM. Besides, it also owns the advantages of high inertia ratio, short axial length, small size and light weight of disc type electric machine.

Because the application of electromagnetic finite element analysis can be performed in convenient, fast and accurate analysis. So this article using finite element method.Through the establishment of three-dimensional solid model of the motor in the analysis software ANSYS.Using software to solve and analyze,and electromagnetic parameters obtained by draw as the motor distribution of magnetic field lines, flux density distribution curve to the performance of the motor for further analysis.

Key words:switched reluctance motor；axial flux；FEM

摘 要 2

第一章 绪论 5

1.1 研究背景与意义 5

1.2 国内外研究现状 6

1.2.1 开关磁阻电机的优化设计 6

1.2.2 轴向磁通开关磁阻电机的研究设计 7

1.3 有限元分析 11

1.4 本章小结 12

第二章 轴向开关磁阻电机的结构及工作原理 13

2.1 轴向开关磁阻电机的工作原理 13

2.2 轴向开关磁阻电机的结构 15

2.3 轴向开关磁阻电机参数设计 16

2.3.1轴向磁通SRM磁场分析 16

2.3.1 电机定子齿形的设计 18

2.3.2 转子齿轴向长度设计 19

2.3.3磁轭厚度设计 20

2.4 本章小结 21

第三章 有限元分析软件ANSYS 22

3.1软件简介 22

3.2 ANSYS软件主要特点 22

3.3 ANSYS的软件功能简介 22

3.4 ANSYS的三大模块 23

3.4.1 前处理模块 23

3.4.2 求解模块 24

3.4.3 后处理模块 25

3.4.4 ANSYS软件分析流程 26

3.5 本章小结 27

第四章 轴向磁通开关磁阻电机的ANSYS仿真 28

4.1 有限元分析的流程 28

4.2 三维有限元模型 29

4.2.1 前处理模块 29

4.2.2 求解模块 35

4.3 有限元分析结果 36

4.3.1 电机的磁力线分布图 36

4.3.2 电机的气隙磁密分析 37

4.3.2 电机的磁链曲线 39

4.3 本章小结 39

第五章 总结与展望 40

参考文献 41

致谢 43

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着人们越来越重视全球变暖所产生不良影响，因此对于永磁同步电机的使用需求持续增加。然而钕的价格一直在上涨，因此不使用钕的开关磁阻电机（SRM）越来越受到人们的关注。

开关磁阻电机( Switched Reluctance Machine简称SRM)是自上世纪以来得到应用并逐步发展的新型电机^[1]。作为一种新型调速电机，开关磁阻电机的调速系统兼具直流调速系统以及交流变频调速系统的优点，是在直流调速系统以及交流调速系统后逐渐发展起来的无极调速系统。开关磁阻电机比起永磁同步电机具有更强大的优势，因为其结构简单并且可以高速旋转，而且强度极高。也因为开关磁阻电机的简单结构高强度，可调速范围大，调速功能优秀，可靠性好，在整个调速领域内具有较高的效率，所以开关磁阻电机被广泛的用于电动车用驱动系统、家用电器、工业应用以及高速驱动和航空航天等诸多领域^[2]-[5]。

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