開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作原理 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型的特種電機(jī)，是融合了電力電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)、自動(dòng)控制原理、傳感器檢測(cè)等多門(mén)學(xué)科的機(jī)電一體化系統(tǒng)。它具有本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方式靈活，機(jī)械特性硬，溫升低等特點(diǎn)，特別適合于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，它的調(diào)速性能可以媲美直流調(diào)速系統(tǒng)，同時(shí)由于容錯(cuò)能力強(qiáng)，適于惡劣環(huán)境下工作的特點(diǎn)，使得它在采礦、紡織、造紙等行業(yè)異軍突起。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種無(wú)刷、單勵(lì)、雙凸極（其定子和轉(zhuǎn)子都是凸極式齒槽結(jié)構(gòu)，均由普通硅鋼片疊壓而成）、轉(zhuǎn)子上既無(wú)繞組也無(wú)永磁的電機(jī)，定子極上有集中繞組，空間徑向相對(duì)的定子齒上的兩個(gè)繞組通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式構(gòu)成一相的兩個(gè)磁極。它通過(guò)勵(lì)磁定子極吸引轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在機(jī)械上有點(diǎn)粗糙，可以實(shí)現(xiàn)高速、無(wú)故障運(yùn)行，且易于大規(guī)模生產(chǎn)。 本文從傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)新型開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況，對(duì)新型開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行綜述，分析了新型開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其拓?fù)浼夹g(shù)特點(diǎn)及工作原理。這些文獻(xiàn)提出的新型開(kāi)關(guān)磁阻及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在一定程度上提高開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)單位電流輸出轉(zhuǎn)矩、解決少相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)自啟動(dòng)問(wèn)題、輔助檢查電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、提高電機(jī)效率、擴(kuò)展電機(jī)功能等方面做出研究，并得出相關(guān)結(jié)論。對(duì)開(kāi)展開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)一步深入研究有著重大意義。

傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

SRM的運(yùn)動(dòng)是由定、轉(zhuǎn)子間氣隙磁阻的變化產(chǎn)生的。當(dāng)定子繞組通電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)單相磁場(chǎng)，其分布要遵循“磁阻最小原則”，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸線與定子磁極的軸線不重合時(shí)，便會(huì)有磁阻力作用在轉(zhuǎn)子上并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使其趨于磁阻最小的位置，即兩軸線重合位置，這類(lèi)似于磁鐵吸引鐵質(zhì)物質(zhì)的現(xiàn)象。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)就是屬于這一類(lèi)型的電機(jī)。

開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是雙凸極可變磁阻電動(dòng)機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子極上有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)兩極磁極，稱(chēng)為“一相”。相數(shù)多，步距角小，利于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且主開(kāi)關(guān)器件增多，成本高。 如圖1所示，這是一種典型的單相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。從圖上看得出，定子有兩個(gè)極，而轉(zhuǎn)子也只有兩個(gè)極。單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)主要應(yīng)用于高速領(lǐng)域。如圖2所示，這是一種兩相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的模型。

很容易看出，定子有兩對(duì)定子極，轉(zhuǎn)子有一對(duì)轉(zhuǎn)子極。顯然，這種形式的單相電機(jī)和兩相電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在對(duì)齊位置（定、轉(zhuǎn)子磁極中心線對(duì)齊）和不對(duì)齊位置（定子極與轉(zhuǎn)子槽中心線對(duì)齊）都不具備自起動(dòng)能力，同時(shí)也存在一定的轉(zhuǎn)矩“死區(qū)”。

三相電動(dòng)機(jī)是最常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，如圖3、4所示。三相電動(dòng)機(jī)是具備正反方向自起動(dòng)能力最少相數(shù)的常規(guī)結(jié)構(gòu)SR電動(dòng)機(jī)。三相6/8極轉(zhuǎn)子步進(jìn)角比6/4極小，有利于減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，但是降低了對(duì)齊位置與不對(duì)齊位置電感比率，導(dǎo)致控制器伏安容量增加，由于開(kāi)關(guān)頻率上升，也使鐵心損耗增大。

與三相電動(dòng)機(jī)相比，四相電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能要好得多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)也小，但電動(dòng)機(jī)和控制器的成本都有所增加。常見(jiàn)的四相8/6極SR電動(dòng)機(jī)，如同5所示，每轉(zhuǎn)有24個(gè)步距，步進(jìn)角15°。此外，還有四相8/10極結(jié)構(gòu)，每轉(zhuǎn)40個(gè)步距，步進(jìn)角為9°。研究表明，8/10極結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)電感比率要比8/6極低，如圖6所示。

采用五相（圖7）或更多相數(shù)的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的目的是為了獲得更平滑的電磁轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可獲得穩(wěn)定的開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)（無(wú)位置傳感器），但其缺點(diǎn)也是很明顯，電動(dòng)機(jī)和控制器的成本和復(fù)雜性大大提高。多相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)一般都采用短磁路的結(jié)構(gòu)。除了上述常規(guī)結(jié)構(gòu)形式外，還有盤(pán)式結(jié)構(gòu)、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和直線式等特種開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。圖8為7相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

新型開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

迄今為止，國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了很多種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)，本節(jié)將主要的敘述幾種特殊結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)理念：

實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的單相混合開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)采用磁阻轉(zhuǎn)矩和永磁轉(zhuǎn)矩相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式，同時(shí)電機(jī)中體現(xiàn)的齒槽轉(zhuǎn)矩是有利于減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。該電機(jī)不同之處在于，電機(jī)通過(guò)在磁通量集中的地方用安裝廉價(jià)的鐵氧體磁鐵的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)特定位置高齒槽轉(zhuǎn)矩并靈活的塑造齒槽轉(zhuǎn)矩特性。 電機(jī)轉(zhuǎn)子的專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)對(duì)減少渦流損耗起動(dòng)一定的效果，原型電機(jī)結(jié)構(gòu)及磁路方向如圖9所示，電機(jī)可由一個(gè)兩相不對(duì)稱(chēng)半橋變換器控制。 該電機(jī)有四個(gè)磁阻磁極和兩個(gè)PM磁極組成。以磁通量匯集的形式安裝有四個(gè)矩形永磁體，轉(zhuǎn)子極在接近表面的地方有一個(gè)翼縫或是小槽，它的功能類(lèi)似于一個(gè)階梯轉(zhuǎn)子極的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的自啟動(dòng)。 設(shè)計(jì)的這種結(jié)構(gòu)電機(jī)只在逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。電機(jī)的工作原理如下：當(dāng)轉(zhuǎn)子是在處于定子磁極的非開(kāi)槽部分與PM磁極對(duì)齊的情況下，如圖1所示，如果能夠提供一個(gè)消磁電流，那么電機(jī)將通過(guò)正向的磁阻轉(zhuǎn)矩和正向的永磁定位轉(zhuǎn)矩被拉到與磁阻磁極一致的位置上。在這期間，齒槽轉(zhuǎn)矩是負(fù)的。當(dāng)轉(zhuǎn)子與磁阻磁極一致的位置時(shí)，電流應(yīng)該為零。正向的齒槽轉(zhuǎn)矩將繼續(xù)拉動(dòng)轉(zhuǎn)子磁極直到與永磁磁極對(duì)齊的位置，重復(fù)這樣的過(guò)程，就會(huì)得到一個(gè)穩(wěn)定的操作過(guò)程。

該電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與現(xiàn)有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的應(yīng)用。文獻(xiàn)通過(guò)有限元模型來(lái)分析和預(yù)測(cè)電機(jī)的性能，結(jié)果表明電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)自啟動(dòng)，并有較好的運(yùn)行效果。 提出一種交流/直流轉(zhuǎn)換器控制技術(shù)和帶有反應(yīng)電樞繞組的高速單相磁阻發(fā)電機(jī)技術(shù)。直流到交流的脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換器提供了相位角度控制，該技術(shù)能控制系統(tǒng)在較寬的調(diào)速范圍獲得高的功率因數(shù)，同時(shí)可以保持轉(zhuǎn)換器和發(fā)電機(jī)具有比較低的伏安數(shù)。 圖10為這種帶有八個(gè)定子齒和四個(gè)轉(zhuǎn)子齒的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和32/16結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁通發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。勵(lì)磁繞組F和電樞繞組A位于同一定子槽內(nèi)，在簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組。文獻(xiàn)同時(shí)提出一種PWM控制方式，通過(guò)控制發(fā)電機(jī)寬范圍的功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)最小的kVA容量。 發(fā)電機(jī)的輸出直流電壓被三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)所控制：勵(lì)磁磁場(chǎng)，輸出軸速度和轉(zhuǎn)換器相位角。在高速電機(jī)應(yīng)用中這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閷?duì)于不同的速度，在最佳功率因數(shù)的條件下，去控制所輸出電壓具有較高靈活性

設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入式永磁式反向磁通電機(jī)。反向磁通電機(jī)是一個(gè)雙凸極永磁定子的電機(jī)。定子集中繞組上的永磁磁鏈與轉(zhuǎn)子的極性反向。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大批量生產(chǎn)。該電機(jī)具有低自感和互感，具有較低的電氣時(shí)間常數(shù)和高容錯(cuò)轉(zhuǎn)矩特性。 然而，其結(jié)構(gòu)存在明顯的永磁磁鏈和齒槽轉(zhuǎn)矩。磁鏈會(huì)降低電機(jī)功率密度和電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩能力。齒槽轉(zhuǎn)矩也會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)從而導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲，對(duì)于電機(jī)的性能是不利。文獻(xiàn)同時(shí)提出改進(jìn)的反向磁通電機(jī)新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。這種新型反向磁通電機(jī)有永磁且平行于定子磁力線，因此很難被消磁。 圖11比較了嵌入式磁鋼型與傳統(tǒng)型的反向磁通電機(jī)結(jié)構(gòu)區(qū)別。為了能夠證明所提出的反向磁通電機(jī)的性能，設(shè)計(jì)了多個(gè)使用了大量的永磁通，具有相同規(guī)格的反向磁通電機(jī)（例如轉(zhuǎn)子和定子的直徑，鐵芯長(zhǎng)度和繞組匝數(shù)）。 嵌入式反向磁通電機(jī)的磁鐵有大約54g，而傳統(tǒng)型的磁鐵為90g。永磁材料為燒結(jié)釹鐵硼，為了獲得一個(gè)合理的磁導(dǎo)率系數(shù)，定轉(zhuǎn)子氣隙設(shè)計(jì)為0.5mm，采用二維有限元法，仿真結(jié)果表明嵌入式反向磁通電機(jī)能有效地提高轉(zhuǎn)矩能力和小齒槽轉(zhuǎn)矩。

提出了一種具有鋸齒形極表面的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其定轉(zhuǎn)子齒結(jié)構(gòu)如圖12所示。相對(duì)于平面齒結(jié)構(gòu)，電機(jī)設(shè)計(jì)增加了最大電感和最小電感的比率。它作為一種增強(qiáng)轉(zhuǎn)矩/體積比的概念已被引起注意。 具有鋸齒電機(jī)能夠獲得的最大轉(zhuǎn)矩是在它們額定電流的條件下來(lái)比較傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩的。相關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為由于當(dāng)在極表面裝有齒后可以增加有效的氣隙面積，所以轉(zhuǎn)矩的增加范圍可以通過(guò)增加最大電感來(lái)實(shí)現(xiàn)。

單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在定轉(zhuǎn)子齒重合部分會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，但不能自啟動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比多相SRM的正轉(zhuǎn)矩要大。 為了單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)自啟動(dòng)，提出了一種自啟動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程，該裝置可以在停機(jī)狀態(tài)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)子停在一個(gè)固定的位置。電機(jī)通過(guò)在定子齒的角上，安裝一個(gè)永磁體，通過(guò)永磁體的磁阻轉(zhuǎn)矩，把電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子吸引到固定位置。其結(jié)構(gòu)如圖13所示。

提出了一種通過(guò)六開(kāi)關(guān)管逆變器驅(qū)動(dòng)一個(gè)星形連接環(huán)形繞組的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。該結(jié)構(gòu)電機(jī)的設(shè)計(jì)目的在于減少傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率器件，降低電機(jī)控制器的制造成本。電機(jī)為三相繞組結(jié)構(gòu)，不同與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)繞組的定子齒集中繞組，繞組繞在定子軛部。 電機(jī)工作時(shí)，需要兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通，共同產(chǎn)生閉合磁場(chǎng)，磁通路徑經(jīng)過(guò)電機(jī)定轉(zhuǎn)子氣隙，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。其繞組工作導(dǎo)通時(shí)序與無(wú)刷直流電機(jī)類(lèi)似。當(dāng)電機(jī)只有一相導(dǎo)通時(shí)，磁路沿著電機(jī)軛部進(jìn)行閉合，磁通不經(jīng)過(guò)定轉(zhuǎn)子氣隙，電機(jī)不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 圖14為電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)圖和電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率電路。功率電路采用三相H橋結(jié)構(gòu)，有六個(gè)功率管組成，這種結(jié)構(gòu)有利于功率管的集成與封裝，可以用通用的IPM或三相H橋集成功率模塊。該系統(tǒng)的改進(jìn)能夠提高系統(tǒng)的硬件可靠行，降低制造工藝。

針4/2兩相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了改進(jìn)，在電機(jī)轉(zhuǎn)子上添加了鋁制材料的導(dǎo)電面，原型樣機(jī)實(shí)現(xiàn)規(guī)格為400W，7500r/min。 文獻(xiàn)表明鋁制材料的導(dǎo)電面在高速下能改善轉(zhuǎn)矩特性，提高輸出功率、提高傳動(dòng)效率，在高速下，性能的改進(jìn)是由于降低了對(duì)齊電感，提供更好的初始電流響應(yīng)。在低轉(zhuǎn)速下，鋁制材料的導(dǎo)電面可以改善電感的變化率和轉(zhuǎn)矩。 典型的4/2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖15所示，圖16為電機(jī)轉(zhuǎn)子改進(jìn)方案示意圖。 該機(jī)有四個(gè)集中繞組S1至S4安裝在定子極上，結(jié)構(gòu)相對(duì)的兩個(gè)繞組連接是串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一相繞組，使每個(gè)線圈的磁動(dòng)勢(shì)加強(qiáng)。兩相繞組，1相和2相，是機(jī)械垂直的。

表明鋁制轉(zhuǎn)子導(dǎo)電面的添加提高了兩相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的性能，轉(zhuǎn)子導(dǎo)電面的價(jià)值是在高速下很明顯，在這種情況下，增加導(dǎo)電面是一種低成本的性能改善。 介紹了一種永磁磁通控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，如圖17所示。電機(jī)為三相12/10結(jié)構(gòu)，繞組結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的12/10開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)類(lèi)似，該電機(jī)在電機(jī)定子齒中嵌入了永磁體，永磁體的長(zhǎng)度貫穿了整個(gè)磁極，永磁體的磁極方向按照兩兩相對(duì)或兩兩相向的排列方式。 電機(jī)定子永磁體的加入，改變了電機(jī)定子轉(zhuǎn)子及氣隙的磁通方式和磁密大小，電機(jī)通過(guò)對(duì)繞組電流的控制，利用電機(jī)磁飽和原理，對(duì)永磁體的磁路進(jìn)行影響，已達(dá)到改善電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的目的。 同時(shí)由于永磁體的介入，使得電機(jī)具有永磁電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩，為了降低電機(jī)永磁體定位轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)的影響，文獻(xiàn)提出了兩種電機(jī)轉(zhuǎn)子齒形優(yōu)化方案，一種在電機(jī)轉(zhuǎn)子齒中間對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)一定的角度，一種是電機(jī)轉(zhuǎn)子采用變齒寬結(jié)構(gòu)，這兩結(jié)構(gòu)對(duì)降低永磁體帶來(lái)的定位力，提高電機(jī)性能有較好的效果。

提出新型結(jié)構(gòu)的單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。電機(jī)定子有8個(gè)齒，轉(zhuǎn)子有4個(gè)齒，其中定子齒分為主繞組齒和輔助繞組齒，主繞組齒上有電機(jī)工作電樞繞組，為電機(jī)提供工作磁通。輔助繞組齒相對(duì)主繞組齒機(jī)械位置相差45°位置角，同時(shí)輔助繞組齒上只有一對(duì)齒上有輔助繞組，用來(lái)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。 該電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖18所示。由于傳統(tǒng)單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)能力，輔助繞組同時(shí)可以輔助電機(jī)在停止的時(shí)候，把電機(jī)的轉(zhuǎn)子吸引到特定位置，讓電機(jī)具有自起動(dòng)能力。同時(shí)輔助繞組還能夠在電機(jī)主繞組關(guān)斷時(shí)吸收一部分能量，是的電機(jī)主繞組的電流續(xù)流時(shí)間變短。

提出新型嵌入永磁體單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，該電機(jī)有一相繞組構(gòu)成，定轉(zhuǎn)子都有兩個(gè)齒，為了提高單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩性能，在電機(jī)軛部嵌入了兩塊永磁體，永磁的磁場(chǎng)方向?yàn)榍邢蚍较颍瑑蓧K永磁的磁極方向相同。同時(shí)提出斜面結(jié)構(gòu)的電機(jī)轉(zhuǎn)子，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠解決單相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的無(wú)法自起動(dòng)問(wèn)題。電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖19所示。

提出了一種高速兩相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子采用變氣隙弧面結(jié)構(gòu)，電機(jī)輸出功率1.6kW，額定工作轉(zhuǎn)速10000r/min，電機(jī)定子為四極兩相結(jié)構(gòu)，電機(jī)轉(zhuǎn)子只有兩個(gè)齒。 為了實(shí)現(xiàn)兩相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)自起動(dòng)，文獻(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子形狀進(jìn)行優(yōu)化，采用變氣隙弧面結(jié)構(gòu)，如圖20所示。由于變氣隙弧面結(jié)構(gòu)的存在，使得電機(jī)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，電機(jī)磁路磁阻變化范圍大大變寬，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以把兩相繞組的電感變化區(qū)進(jìn)行重疊，從而實(shí)現(xiàn)自起動(dòng)能力。

提出了一種新型E型結(jié)構(gòu)兩相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，電機(jī)定子由兩個(gè)E型鐵心構(gòu)成，每個(gè)鐵心有3個(gè)齒，形成E型結(jié)構(gòu)，中間的齒寬為兩邊齒寬的兩倍，電機(jī)的繞組在E型齒的兩邊齒上，采用集中繞組形式，中間的大齒沒(méi)有繞組，轉(zhuǎn)子有10個(gè)齒，均勻分布。 其結(jié)構(gòu)如圖21所示。電機(jī)定子E型結(jié)構(gòu)中間大齒對(duì)電機(jī)磁路起到輔助作用，當(dāng)繞組通電時(shí)，通過(guò)輔助大齒，構(gòu)成短磁路結(jié)構(gòu)。

綜上所述，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子及其簡(jiǎn)單、既無(wú)永磁鋼又無(wú)繞組，很強(qiáng)的高溫環(huán)境適應(yīng)能力。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)問(wèn)世以來(lái)在世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本、德國(guó)、瑞士等發(fā)達(dá)國(guó)家先后將開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、紡織、油田、航天航空、工業(yè)自動(dòng)化及家用電器等各行各業(yè)領(lǐng)域。

結(jié)語(yǔ)

第一代開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在小功率范圍的效率比高效變頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)低，第二代開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的效率已全面超過(guò)了高效變頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。更難得的是，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在寬廣的速度和功率范圍內(nèi)都能保持較高的效率，這是變頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)難以比擬的。

本文新型開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了綜述，文獻(xiàn)在單位電流輸出轉(zhuǎn)矩、解決少相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)自啟動(dòng)、輔助檢查電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、提高電機(jī)效率、降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等方面進(jìn)行研究。 同時(shí)，可以看出兩相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)繞組形式較為簡(jiǎn)單電機(jī)形式，適用于高速或環(huán)境惡劣的工作場(chǎng)合。兩相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的功率器件少及控制策略易實(shí)施，其制造工藝和研制成本低，使得該種電機(jī)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

責(zé)任編輯：彭菁