华南理工大学陈吉清教授团队：开关磁阻电机结构性转矩脉动抑制方法 ｜ JME文章推

　　开关磁阻电机具有调速范围宽广、控制灵活、转子结构简单、成本低、运行可靠性高等优势，使其成为电动汽车驱动电机选择之一。但开关磁阻电机的双凸极结构和控制器开关特性导致其运行过程中会有较大的振动与转矩脉动，这阻碍了开关磁阻电机在电动汽车领域进一步发展。如能有效地抑制转矩脉动，将会推动开关磁阻电机在电动汽车上的应用。

　　

　　华南理工大学的陈吉清教授团队首先从开关磁阻电机的结构和运行机理出发，针对线性解析方法难以分析转矩特征的问题，建立电机有限元模型求解出转矩特征并进行样机验证试验。分析样机结构参数对转矩脉动的影响，针对结构参数耦合问题，选择NSGA-Ⅱ算法在参数优化平台上对样机结构参数进行多目标寻优，在保证优化后样机的转矩脉动系数和平均转矩均优于初始电机的条件下，最终获得样机最优化结果。结果表明，不同结构参数对电机转矩的影响有较大的差异，对结构参数的优化能有效地抑制转矩脉动，该参数优化方法可以为开关磁阻电机结构性转矩脉动抑制提供参考。陈教授团队将以上研究成果发表在《机械工程学报》2020年第20期，题为《开关磁阻电机结构性转矩脉动抑制方法》。

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　　引用论文

　　陈吉清, 冼浩岚, 兰凤崇, 梁乔丹. 开关磁阻电机结构性转矩脉动抑制方法[J]. 机械工程学报, 2020, 56(20): 106-119.

　　CHEN Jiqing, XIANHaolan, LAN Fengchong, LIANG Qiaodan. Structural Torque Ripple SuppressionMethod of Switched Reluctance Motor[J]. Journal of Mechanical Engineering,2020, 56(20): 106-119.

　　涉及问题及办法

　　1. 电机试验过程中，电机与试验平台之间缺少固定装置，解决方法：对试验平台电机安装位置进行测绘，自制法兰盘，最终将电机安装在试验平台上；

　　2. 试验平台数据分析仪没有电流参数显示，解决方法：在试验平台加装示波器；

　　3. 建立集成优化平台过程中，程序出错，解决方法：编写脚本文件SRMOPT.vbs，实现两程序数据交互；Isight 集成优化平台通过运行批处理文件SRMOPT.bat 实现脚本文件SRMOPT.vbs 的自动运行，后者可以实现自动调用Ansoft Maxwell 并自动计算和导出结果。

　　重要结论

　　针对开关磁阻电机转矩脉动明显和多结构参数耦合的问题，分析电机结构参数对转矩脉动的影响，然后利用NSGA-Ⅱ算法在集成优化平台上对结构参数进行多参数、多目标优化，主要结论如下。

　　(1) 利用样机的运行试验验证样机有限元模型准确性，为电机非线性模拟提供参考。

　　(2) 结构参数对电机转矩脉动程度的影响规律如下：电机定、转子外径和定子轭高主要影响非换相期间的转矩；铁芯长度、绕组匝数和定、转子极弧系数对换相和非换相期间的转矩均有影响；在一定范围内，转矩脉动随定子外径和定子轭高的增大而减小，随转子外径的增大而增大，随定、转子极弧系数、绕组匝数、铁芯长度变化的规律不明显，转子轭高变化对转矩脉动几乎没有影响。

　　(3) 在结构参数集成优化平台中使用NSGA-II 算法进行多目标寻优，结果表明电机在较低转速、额定转速、较高转速下的转矩脉动分别降低了7.73%、10.64%、34.39%，结构优化对高转速下的转矩脉动具有较强的抑制效果。证明了优化方法的有效性，对电机结构优化以及设计具有参考价值。如果在结构优化基础上配合良好的电机控制策略，转矩脉动抑制效果将更好。

　　

　　开关磁阻电机原理图

　　

　　部分结构参数示意图

　　

　　样机模型

　　

　　试验平台

　　主创简介

　　陈吉清，女，华南理工大学教授、博士生导师。主要从事汽车车身、汽车结构与安全、汽车乘员热舒适性及汽车环境适应性等相关领域的教学和科研工作。主持和参加国家科技部科技攻关、科技支撑项目、科技部国际合作项目、国家自然基金项目、粤港合作科技重大专项、广东省科技厅重大专项项目、广东省发展改革委科技产业重大专项项目以及广州市重大科技计划项目40余项。相关研究成果通过开展产学研合作，成功运用到汽车整车企业涵盖新能源客车、插电混合动力汽车、纯电动汽车以及电池包、电池管理系统、电机控制器等新能源汽车动力总成的研制和开发当中。培养博士、硕士研究生、博士后及访问学者100多人，发表文章300余篇，获专利20 余项，出版专著4部。荣获省部级各类奖项7项。

　　编辑：金程 校对：张彤

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