1、論文大綱論文大綱 第一部分第一部分: : 緒論緒論 第二部分：開關(guān)磁阻電機(jī)理論分析第二部分：開關(guān)磁阻電機(jī)理論分析 第三部分：開關(guān)磁阻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)第三部分：開關(guān)磁阻電機(jī)電磁設(shè)計(jì) 第四部分：開關(guān)磁阻電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)第四部分：開關(guān)磁阻電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì) 第五部分：樣機(jī)性能與試驗(yàn)第五部分：樣機(jī)性能與試驗(yàn) 第六部分：總結(jié)與展望第六部分：總結(jié)與展望 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化本課題主要研究內(nèi)容本課題主要研究內(nèi)容 （1 1）介紹了本課題研究的目的；電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)以及國）介紹了本課題研究的目的；電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)以及國內(nèi)外現(xiàn)狀；開關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與研究概況；分析開關(guān)磁內(nèi)外現(xiàn)

2、狀；開關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與研究概況；分析開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)等。阻電機(jī)應(yīng)用于閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)等。 （2 2）以三相）以三相12/812/8結(jié)構(gòu)為例分析開關(guān)磁阻基本結(jié)構(gòu)和工作原理，結(jié)構(gòu)為例分析開關(guān)磁阻基本結(jié)構(gòu)和工作原理，通過講述基本數(shù)學(xué)模型和分段線性解析，分析開關(guān)磁阻電機(jī)的通過講述基本數(shù)學(xué)模型和分段線性解析，分析開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行規(guī)律和特性。運(yùn)行規(guī)律和特性。 （3 3）介紹開關(guān)磁阻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)過程，給出電機(jī)參數(shù)選擇原）介紹開關(guān)磁阻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)過程，給出電機(jī)參數(shù)選擇原則和方法，介紹一種基于則和方法，介紹一種基于AnsoftAnsoft軟件的電機(jī)設(shè)計(jì)流程，根據(jù)設(shè)軟件的電機(jī)

3、設(shè)計(jì)流程，根據(jù)設(shè)計(jì)流程、數(shù)學(xué)模型及參數(shù)選取辦法設(shè)計(jì)了一臺(tái)樣機(jī)。進(jìn)行了等計(jì)流程、數(shù)學(xué)模型及參數(shù)選取辦法設(shè)計(jì)了一臺(tái)樣機(jī)。進(jìn)行了等效電路等效磁路的分析以及有限元分析，研究電機(jī)靜態(tài)特性。效電路等效磁路的分析以及有限元分析，研究電機(jī)靜態(tài)特性。 （4 4）對(duì)所設(shè)計(jì)的樣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)）對(duì)所設(shè)計(jì)的樣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。研究了開關(guān)磁阻電機(jī)的不同相數(shù)、不同繞組方式的區(qū)別，化。研究了開關(guān)磁阻電機(jī)的不同相數(shù)、不同繞組方式的區(qū)別，使用使用Maxwell 2DMaxwell 2D的基于遺傳算法的參數(shù)化方式，以增加電機(jī)啟的基于遺傳算法的參數(shù)化方式，以增加電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為

4、目標(biāo)，對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，選取最動(dòng)轉(zhuǎn)矩、減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為目標(biāo)，對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，選取最優(yōu)參數(shù)。并且就電機(jī)定轉(zhuǎn)子齒形進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使得增加性能優(yōu)參數(shù)。并且就電機(jī)定轉(zhuǎn)子齒形進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使得增加性能的同時(shí)更加符合工藝要求。的同時(shí)更加符合工藝要求。 （5 5）對(duì)優(yōu)化后的電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)有限元仿真，分別對(duì)啟動(dòng)狀態(tài)）對(duì)優(yōu)化后的電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)有限元仿真，分別對(duì)啟動(dòng)狀態(tài)和和1500rmp1500rmp準(zhǔn)額定狀態(tài)（額定狀態(tài)一般為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)向恒功率區(qū)變準(zhǔn)額定狀態(tài)（額定狀態(tài)一般為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)向恒功率區(qū)變化的拐點(diǎn)，化的拐點(diǎn)，1500rmp1500rmp準(zhǔn)額定狀態(tài)指的是閥門額定工作時(shí)轉(zhuǎn)速所對(duì)準(zhǔn)額定狀態(tài)指的是閥門額定工作時(shí)轉(zhuǎn)速所對(duì)

5、應(yīng)的電機(jī)狀態(tài)）的電流、轉(zhuǎn)矩、磁鏈波形進(jìn)行分析。并且將以應(yīng)的電機(jī)狀態(tài)）的電流、轉(zhuǎn)矩、磁鏈波形進(jìn)行分析。并且將以上設(shè)計(jì)的電機(jī)加工為樣機(jī)后進(jìn)行試驗(yàn)，查看電機(jī)性能。上設(shè)計(jì)的電機(jī)加工為樣機(jī)后進(jìn)行試驗(yàn)，查看電機(jī)性能。 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化開關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化1 1、油封、油封 2、前端蓋、前端蓋 3、軸承、軸承 4、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子 5、機(jī)座、機(jī)座 6、軸承、軸承 7、波型墊圈、波型墊圈 8 8、連接端蓋、連接端蓋 9 9、位置檢測(cè)器、位置檢測(cè)器 10、后端蓋、后端蓋 11、定子

6、、定子開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理 三相三相 12/8 極開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成極開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化圖中S1、S2為電子開關(guān)，VD1、VD2為續(xù)流二極管，E為直流電源 電壓方程：磁鏈方程：機(jī)械方程：轉(zhuǎn)矩方程：dtdLidtdiLRiU)()(開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型dUdrsLiT221電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化22eLddTJDTdtdt開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)機(jī)械特性機(jī)械特性 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化

7、開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化電機(jī)型式：封閉型開關(guān)磁阻電機(jī)；電機(jī)型式：封閉型開關(guān)磁阻電機(jī)；額定功率：額定功率：3KW；力能指標(biāo)：效率力能指標(biāo)：效率85%；額定轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)矩：19N.m；額定電壓：額定電壓：280V（直流）；（直流）；冷卻方式：冷卻方式：IC410自然冷卻；自然冷卻；啟動(dòng)性能指標(biāo)：啟動(dòng)性能指標(biāo)：5倍（倍（B型）。型）。防護(hù)等級(jí)：防護(hù)等級(jí)：IP54；絕緣等級(jí)：絕緣等級(jí)：F級(jí)；級(jí)；使用機(jī)座號(hào)：使用機(jī)座號(hào)：Y112系列系列開關(guān)磁阻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)開關(guān)磁阻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)

8、計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化1、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)原則 本設(shè)計(jì)主要性能指標(biāo)是參考“GBT 24923-2010普通型閥門電動(dòng)裝置技術(shù)條件”和“JB 2195-1998-T YDF2系列閥門電動(dòng)裝置用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件”。2、運(yùn)行條件、運(yùn)行條件(1)海拔不超過1000m。(2)環(huán)境空氣最低溫度為-20；環(huán)境空氣最高溫度隨季節(jié)而變化，但不超過40。(3)最濕月月平均最高相對(duì)濕度為90%，同時(shí)該月月平均最低溫度低于25。3、基本型式、基本型式(1)電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)等級(jí)為IP54(GB/T4942.1)。(2) 電動(dòng)機(jī)的冷卻方式為IC410(GB/T993)。(3)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及安裝形式為IMB5 和IMV1(GB

9、/T997)。4、工作制與定額、工作制與定額 電動(dòng)機(jī)的定額是以短時(shí)工作制(S210min)為基準(zhǔn)的短時(shí)定額。基本尺寸公式基本尺寸公式電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化nPkkABlDemmiefa1 . 62aefDl7 . 04 . 0saDDefCrphlDBnUNNa04. 3設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化沖片材料、結(jié)沖片材料、結(jié)構(gòu)、尺寸及繞構(gòu)、尺寸及繞組選取組選取RMxprt電路與電路與磁路等效計(jì)算磁路等效計(jì)算Maxwell 2D有限元分析有限元分析動(dòng)態(tài)仿真、控制優(yōu)化動(dòng)態(tài)仿真、控制優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)原則與基本性能

10、參數(shù)設(shè)計(jì)原則與基本性能性能性能核算核算優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指標(biāo)指標(biāo)電機(jī)電機(jī)參數(shù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電機(jī)的主要尺寸電機(jī)的主要尺寸電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化定子外徑定子外徑/mm175轉(zhuǎn)子外徑轉(zhuǎn)子外徑/mm110定子內(nèi)徑定子內(nèi)徑/mm110.7轉(zhuǎn)子內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑徑/mm38定子軛高定子軛高/mm12轉(zhuǎn)子軛高轉(zhuǎn)子軛高/mm16定子極弧定子極弧0.5轉(zhuǎn)子極弧轉(zhuǎn)子極弧0.35每極匝數(shù)每極匝數(shù)/匝匝58每相并聯(lián)支路數(shù)每相并聯(lián)支路數(shù)1繞組線徑繞組線徑/mm0.8并繞根數(shù)并繞根數(shù)3鐵芯疊厚鐵芯疊厚/mm135沖片疊壓系數(shù)沖片疊壓系數(shù)0.97硅鋼片材料磁化曲

11、線硅鋼片材料磁化曲線電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化 50DW470磁化曲線 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化 50DW470損耗曲線 硅鋼片材料損耗曲線硅鋼片材料損耗曲線電機(jī)磁路參數(shù)電機(jī)磁路參數(shù) 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化輸入母線電流輸入母線電流/A11.9輸入直流電壓輸入直流電壓/V280輸出功率輸出功率/W2989效率效率89.2%一相電流有效值一相電流有效值/A9.3電流密度電流密度/ A/mm26.1轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速/ rpm1498轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩/ N.m19.15倍電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩/

12、N.m155最大起動(dòng)電流最大起動(dòng)電流/A75定子極磁密定子極磁密/T1.2定子軛磁密定子軛磁密/T0.72轉(zhuǎn)子極磁密轉(zhuǎn)子極磁密/T1.1轉(zhuǎn)子軛磁密轉(zhuǎn)子軛磁密/T0.54最大磁鏈最大磁鏈/ Wb0.91最大輸出功率最大輸出功率/W6832電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化磁鏈特性磁鏈特性 氣隙電感特性氣隙電感特性 開關(guān)磁阻電機(jī)特性曲線開關(guān)磁阻電機(jī)特性曲線 開關(guān)磁阻電機(jī)特性曲線開關(guān)磁阻電機(jī)特性曲線 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化機(jī)械特性曲線機(jī)械特性曲線 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化不同位置角磁鏈分布

13、不同位置角磁鏈分布 不同位置角磁密分布不同位置角磁密分布 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化磁路的區(qū)別磁路的區(qū)別 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化單相導(dǎo)通單相導(dǎo)通 單雙相導(dǎo)通單雙相導(dǎo)通 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化轉(zhuǎn)子外徑優(yōu)化轉(zhuǎn)子外徑優(yōu)化電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化轉(zhuǎn)子極弧優(yōu)化轉(zhuǎn)子極弧優(yōu)化電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)

14、計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化定子極弧優(yōu)化定子極弧優(yōu)化電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化極靴優(yōu)化極靴優(yōu)化 電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化磁密分布情況磁密分布情況電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化三相三相12/812/8極開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)極開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化輸出轉(zhuǎn)矩相電流相電感電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化輸出轉(zhuǎn)矩相電流相電感電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門

15、用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化定子轉(zhuǎn)子控制器電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門用用開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電機(jī)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與優(yōu)優(yōu)化化 1、完成樣機(jī)有關(guān)實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，、完成樣機(jī)有關(guān)實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)最終尺寸，盡可能的減小電機(jī)體積、進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)最終尺寸，盡可能的減小電機(jī)體積、提高性能、增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并減小啟動(dòng)電流等。提高性能、增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并減小啟動(dòng)電流等。 2、改善優(yōu)化方法，不僅僅是文中定量的去分析和、改善優(yōu)化方法，不僅僅是文中定量的去分析和優(yōu)化各個(gè)參數(shù)，還要尋求參數(shù)間的最優(yōu)配合，減小材優(yōu)化各個(gè)參數(shù)，還要尋求參數(shù)間的最優(yōu)配合，減小材料消耗和能量損失。料消耗和能量損失。 3、研究開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器技術(shù)，可以有、研究開關(guān)磁阻電機(jī)無位置傳感器技術(shù)，可