小功率開關磁阻電動機靜特性的計算與測試
劉良成，李忠杰，李紅梅
(合肥工業大學，安徽 合肥 230009)
摘 要：介紹了一種用于洗衣機開關磁阻電動機的結構特點，并采用有限元方法計算電機的靜特性，將所計算的矩
角特性值與實測值進行比較，結果表明，兩者具有較好的一致性。
關鍵詞：開關磁阻電動機；有限元法；矩角特性
中圖分類號：tm352 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)04-0006-03
l 引 言
開關磁阻電動機（簡稱sr電機)，由于具有結構簡單、調速范圍廣、工作可靠和系統效率高等優點，近20年一直是世界電機工程研究與開發的熱點。國內也發表了多篇論著和小批量產品出現，但還沒有形成氣候，可以與傳統的交直流電機相抗衡，其主要原因在于功率變換器和控制部分的性價比及可靠性不夠高，電動機本身的港力發掘不夠和噪聲較高所致。近年國外小功率及分馬力范圍sr電機已大批量涌現，在家電、醫療器械等領域獲得廣泛應用，國內也已開始關注這一動向。本文是我們開發洗衣機用小型開關磁阻電機系統(簡稱srd)基礎研究之一。
sr電機結構與磁阻式步進電動機相似，但由于控制驅動方式不同，兩者追求的性能指標相距甚遠。在步進電動機研究中將電機不改變通電狀態稱為靜態運行[4]，靜態運行的重要特性為矩角特性，因其與驅動電源無關，是電機的最本質特性。同樣sr電機靜特性——矩角特性也是電機電磁設計及電源設計時應把握的重要特性。
sr電機靜態電磁轉矩及矩角特性計算已有多篇文章介紹，由于該種電機磁路較為飽和，定轉子又是雙凸結構，運行時存在邊緣效應，磁通分布不均勻及局部高飽和現象，而這些現象又隨轉子轉動作周期性變化，故要精確計算這種電機矩角特性還是采用電磁場有限元法較合適。本文介紹小功率三相sr電機電磁場有限元計算的求解區域、部分及計算所得的磁化曲線族和矩角特性，通過計算與實測矩角特性對比，兩者較為吻合。
2 電機的結構特點與電磁場有限元計算
2,1 毫機的結構特點
本文討論的開關磁阻電動機定轉子極齒的結構為12/8，見圖1。
這種結構優點是，(1)相數為可雙向起動的最小值，但分辨率（每轉步數）及步距角與四相8/6結構相同。(2)每相繞組由定子上相距90度的4個極上的線圈構成。因此產生的轉矩在圓周上場均勻分布，由磁路和電流不平衡造成的單邊磁拉力小，振動和運行的噪聲也較小。(3)定子的2對極線圈可以串聯也可以并聯，便于適用不同電壓等級。這些優點在小功率分馬力sr電機中特別突出。
2.2 電磁場有限元計算模型
該種結構的電機具有完全的對稱性。在有限元分析時的模型只要取電動機的1/4即可，如圖2所示。在二維有限元計算時作下列假設：
a．忽略電機端部磁場效應，磁場沿電機軸向均勻分布。
b．鐵心沖片材料各向同性，具有單一的b-h曲線。
c．忽略電機的外部磁場，定子外徑圓周位零矢量磁位線。
采用二維磁場計算的數學模型為：
2.3 有限元的剖分
有限元的單元剖分是有限元計算的關鍵，它要求在剖分時把不同的媒質劃到不同的單元中，因此采用三角形剖分比較適合。
圖3中的(a)為22.5。的剖分，(b)為轉子轉過5。時的剖分圖，(c)為(b)中隙處剖分e的放大圖，本文對氣隙只剖分兩個部分（至少兩個部分，當然可以更多），這樣可以使得不 |
