《微电机》投稿8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机建模与分析嵇小辅，马滔，项倩雯（江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江212013）摘要：针对传统双绕组磁悬浮开关磁阻电机绕组数量较多，电机结构复杂的特点，研究了一种8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机，每个定子极上只有一套绕组且相互独立。分析了电机的运行机理和导通策略，基于等效磁路法推导了绕组自感和互感模型。为克服建模困难，提出了一种基于辅助函数的数学建模新方法，运用查表法建立了电机径向力和转矩的数学模型，大大提高了模型的实用性。用有限元分析验证了数学模型的准确性，为电机的进一步研究奠定了理论基础。关键词：磁悬浮开关磁阻电机；单绕组；辅助函数；数学模型；有限元分析：×××××；×××××文献标志码：A：（××××）××-××××-×××ModelingandAnalysisof8/6SingleWindingBearinglessSwitchedReluctanceMotorsJIXiaofu，MATao，XIANGQianwen，（CollegeofElectricalandInformationEngineering，激angsuUniversity,Zhenjiang激angsu212013，China）Abstract:Inviewofthecharacteristicsoftraditionalbearinglessswitchedreluctancemotors(BSRMs)whichhavetoomanywindingsandcomplexstructure,anovel8/6structureBSRMwhichhassinglewindingonastatorpolewasanalyzed,andeverywindingwasindependentofeachother.Theoperationprincipleandtheconductionpolicywereanalyzedinthispaper.Theselfinductanceandmutualinductanceofeverywindingwerededucedbasedonthemethodofequivalentmagneticcircuit.Anewmethodofmathematicalmodelingbasedonanauxiliaryfunctionwasproposedtoovercomedifficultiesofmathematicalmodeling.Themathematicalmodelsofradialforceandtorquewerewrittenbasedonthemethodoflook-uptable.Theusefulnessofmathematicalmodelswasimprovedgreatly.Thefiniteelementanalysiswascarriedouttoverifytheaccuracyofmathematicalmodels,whichprovidesthetheoreticalfoundationforthefurtherresearchofthismotor.Keywords:BSRM;singlewinding;auxiliaryfunction;mathematicalmodel;finiteelementanalysis0引言磁悬浮开关磁阻电机(BearinglessSwitchedReluctanceMotor，简称BSRM)具有无磨损、无损耗、体积小、轴向利用率高、可超高速运行等优点，在航空航天、飞轮储能等领域应用前景广阔[1]-[3]。传统BSRM每个定子齿极上绕有转矩和悬浮力两套绕组，绕组数量较多，电机结构复杂，不利于安装位置和位移传感器。为此，文献[4]和文献[5]分别提出了8/6极单绕组BSRM和12/8极单绕组BSRM的结构，根据不同转子位置下转子受到的磁拉力和转矩与电流的关系，控制各绕组电流的大小以产生所需要的转矩和悬浮力；文献[6]针对12/8极单绕组BSRM提出了双相导通策略，实现了电机的解耦控制；文献[7]和文献[8]分别提出了8/10混合定子极和12/14混合定子极的单绕组BSRM，通过特殊的定子结构实现了径向力和转矩的近似解耦。从定转子极数和绕组数量上来看，8/6极单绕组BSRM的结构最为简单，但简单的结构增加了电机数学建模和驱动设计的难度[4]。由于8/6极单绕组BSRM在运行过程中需要同时导通相邻的绕组，而相邻两个齿极下的气隙磁导表达式不同，导致电感模型复杂难以简化，造成了建模困难，目前国内还没有针对8/6极单绕组BSRM建模的相关文献发表。文献[4]仅提出建模方法，并未获得径向力和转矩的解析模型，不具有实用性。为了克服8/6极单绕组BSRM因相邻两个齿极下的气隙磁导不同而造成的建模困难，本文提出基于辅助函数的建模方法，简化了绕组的自感和互感表达式，大大提高了数学模型的实用性，最后基于Ansoft软件对电机进行有限元分析，验证了该数学模型的准确性。1电机结构与运行原理8/6极单绕组BSRM的定转子铁心结构、绕组结构如图1所示。可以看出，8个定子绕组之间相互独立，采用NSNSNSNS结构的绕线方式。本文定义定子齿1与转子齿完全对齐的位置为转子零角度位置。收稿日期：2013-10-16基金项目：国家自然科学基金（61074019）作者简介：嵇小辅（1979），男，博士，副教授，研究方向为智能控制理论；马滔（1...