小功率开关磁阻电动机静特性的计算与测试
刘良成，李忠杰，李红梅
(合肥工业大学，安徽 合肥 230009)
摘 要：介绍了一种用于洗衣机开关磁阻电动机的结构特点，并采用有限元方法计算电机的静特性，将所计算的矩
角特性值与实测值进行比较，结果表明，两者具有较好的一致性。
关键词：开关磁阻电动机；有限元法；矩角特性
中图分类号：tm352 文献标识码：a 文章编号：1001-6848(2000)04-0006-03
l 引 言
开关磁阻电动机（简称sr电机)，由于具有结构简单、调速范围广、工作可靠和系统效率高等优点，近20年一直是世界电机工程研究与开发的热点。国内也发表了多篇论著和小批量产品出现，但还没有形成气候，可以与传统的交直流电机相抗衡，其主要原因在于功率变换器和控制部分的性价比及可靠性不够高，电动机本身的港力发掘不够和噪声较高所致。近年国外小功率及分马力范围sr电机已大批量涌现，在家电、医疗器械等领域获得广泛应用，国内也已开始关注这一动向。本文是我们开发洗衣机用小型开关磁阻电机系统(简称srd)基础研究之一。
sr电机结构与磁阻式步进电动机相似，但由于控制驱动方式不同，两者追求的性能指标相距甚远。在步进电动机研究中将电机不改变通电状态称为静态运行[4]，静态运行的重要特性为矩角特性，因其与驱动电源无关，是电机的最本质特性。同样sr电机静特性——矩角特性也是电机电磁设计及电源设计时应把握的重要特性。
sr电机静态电磁转矩及矩角特性计算已有多篇文章介绍，由于该种电机磁路较为饱和，定转子又是双凸结构，运行时存在边缘效应，磁通分布不均匀及局部高饱和现象，而这些现象又随转子转动作周期性变化，故要精确计算这种电机矩角特性还是采用电磁场有限元法较合适。本文介绍小功率三相sr电机电磁场有限元计算的求解区域、部分及计算所得的磁化曲线族和矩角特性，通过计算与实测矩角特性对比，两者较为吻合。
2 电机的结构特点与电磁场有限元计算
2,1 毫机的结构特点
本文讨论的开关磁阻电动机定转子极齿的结构为12/8，见图1。
这种结构优点是，(1)相数为可双向起动的最小值，但分辨率（每转步数）及步距角与四相8/6结构相同。(2)每相绕组由定子上相距90度的4个极上的线圈构成。因此产生的转矩在圆周上场均匀分布，由磁路和电流不平衡造成的单边磁拉力小，振动和运行的噪声也较小。(3)定子的2对极线圈可以串联也可以并联，便于适用不同电压等级。这些优点在小功率分马力sr电机中特别突出。
2.2 电磁场有限元计算模型
该种结构的电机具有完全的对称性。在有限元分析时的模型只要取电动机的1/4即可，如图2所示。在二维有限元计算时作下列假设：
a．忽略电机端部磁场效应，磁场沿电机轴向均匀分布。
b．铁心冲片材料各向同性，具有单一的b-h曲线。
c．忽略电机的外部磁场，定子外径圆周位零矢量磁位线。
采用二维磁场计算的数学模型为：
2.3 有限元的剖分
有限元的单元剖分是有限元计算的关键，它要求在剖分时把不同的媒质划到不同的单元中，因此采用三角形剖分比较适合。
图3中的(a)为22.5。的剖分，(b)为转子转过5。时的剖分图，(c)为(b)中隙处剖分e的放大图，本文对气隙只剖分两个部分（至少两个部分，当然可以更多），这样可以使得不 |
