1．目的及意义

随着现代工业的不断革新与快速发展，电机作为常用的机电能量转换设备遍布于国民经济生产的各个领域。电机可以分为直流电机、异步电机、同步磁阻电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等。目前，工业上用量最大的是异步电机，其优点是结构简单、运行可靠和成本低廉，但效率和功率因数比较低^[1]，与之相比，同步磁阻电机转子无绕组，没有转子铜耗，效率更高。永磁同步电机效率和功率因数都很高，但永磁材料成本高，限制了其在工业领域的大规模应用，同步磁阻电机转子无永磁体，成本更低，无弱磁难和高温失磁的问题^[2]。开关磁阻电机作为一种新型电机，工业上应用不多。为了实现工业节能，近年来，同步磁阻电机成为国内外研究的热点。

同步磁阻电机本质上属于磁阻性质的同步电机，其定子与一般交流电机相同，转子为凸极结构，不存在鼠笼或永磁体，直轴与交轴的磁阻不相等，根据磁阻最小原理产生磁阻转矩，依靠磁阻转矩驱动电机^[3]。自从1926年 M.Doherty和Nickle 教授提出磁阻电机的概念以来，许多专家和学者开始对磁阻电机的性能、转子结构和控制方法进行了深入研究^[4]。国际上对同步磁阻电机技术的研究主要集中在微型电机和特殊转子结构方面。1991年美国T.A.Lipo教授发表文章提出同步磁阻电动机在交流驱动系统中替代异步电动机的可能性的问题以后，更加引起了学术届和工业界的广泛关注^[5-6]。根据同步磁阻电机的原理，其性能与凸极比有着紧密的联系，为此国内外许多专家和学者重点研究提高同步磁阻电机凸极比的方法，其中对轴向叠片转子结构的研究很多。1993年英国的 T.J.E.Miller 教授指导的课题组试图寻找更优化的转子结构以提高电机凸极率，并重点对轴向叠片转子结构的转子叠片层数和绝缘占有率进行优化，得到优化后的样机在最大转矩电流比控制时功率因数为0.7左右^[7-8]。文献[9,10]提出了采用有限元和罚函数法，通过比较冲片叠压式SynRM 凸极率和交、直轴电感差值，自动绘图、剖分和数据存储来快速优化转子结构提高电机力能指标。

国内对同步磁阻电机的研究起步较晚，目前的研究和应用相对一些欧美国家而言仍处在初级阶段。1994年，华中科技大学辜承林教授指导的课题组设计制作出国内第一台两极ALA 转子样机，凸极率和功率因数分别达到了11和 0.85 左右，但结构和加工较复杂^[11-12]。文献[13]介绍了同步磁阻电机的结构及仿真设计，电机转子采用栅格叠片结构，驱动控制器采用电流矢量控制方式，具有效率高、功率密度大和降低电机成本等优点，同时拓宽了电机的使用范围，提高了电机运行的可靠性。

在应用取向硅钢片作为铁芯材料前，研究聚焦于转子结构的优化。随着新型材料和制造工艺的发展，取向硅钢片逐渐开始应用于电机铁芯材料。2009年，法国SamuelLopez等人发表文章提出将取向硅钢片应用于交流旋转电机定子的设计中，从而获得了更高的效率^[14]。同步磁阻电机在工业上的应用是在近几年来取得巨大进展，2011年，瑞士ABB公司推出同步磁阻电机和驱动组件，作为感应电机的替代产品，节能效果可观，获得一致好评。教授Taghavi S等人于2015年和2016年分别发表文章提出使用晶粒取向钢作为同步磁阻电机的转子叠片材料以提高输出转矩和功率因数，并提出了降低转矩脉动的方法^[15-16]。

取向硅钢片在晶体取向的严格控制下进行加工，在轧制方向和与轧制方向垂直的方向上，磁性能是不同的，通过在与轧制方向应用材料可以获得最高的磁性能。由于取向硅钢片的各向异性，目前主要应用于变压器，少量用于大功率电机和其他特殊应用。本设计拟采用取向硅钢片作为同步磁阻电机的转子铁芯材料，利用其磁性能的各向异性特点来提高凸极比，提高输出转矩和功率因数。查阅资料发现，该方面的参考文献不多，而且多是将取向硅钢片作为电机定子材料或是应用于其他类型的同步电机，所以本设计就显得十分重要。

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2. 研究的基本内容与方案

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一．基本任务

1.熟悉同步磁阻电机的运行原理和特点；

2.了解取向硅钢片的性能及其应用特点；

3.掌握同步磁阻电机的电磁设计与性能分析方法；

4. 掌握ANSYS Maxwell 2D 和RMxprt软件的使用方法，并能够根据技术要求设计同步磁阻电机；