新型磁阻电动机的发展综述

  谢大纲，寇宝泉，程树康

(哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨市150001)

    摘要：磁阻电动机通常具有结构简单、成本低、可靠性高、调速范围宽等优点，因此越来越成为国内外学者研究的热点。作者在分析国内外磁阻电动机研究现状的基础上，提出了磁力线开关型混合励磁磁阻电动机的新方案，并介绍了其结构和工作原理。

    关键词：磁阻电动机；永磁体；开关磁阻电动机；混合励磁

    中图分类号：TM352  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)04—0057—03

0引  言

    磁阻电动机从电动机本体和驱动方式上大致可分为同步磁阻电动机、开关磁阻电动机和低速同步磁阻电动机(旋转磁场工作和脉振磁场工作)。同步磁阻电动机采用正弦波驱动，转子的转速与旋转磁场的转速相同，由于功率因数和效率较低，目前只是在小功率驱动领域有所应用；低速同步磁阻电动机可以采用正弦波驱动(低速同步电动机)，也可以采用方波驱动(步进电动机)，基本上也只是应用在小功率、开环控制领域，难以形成大功率驱动系统。开关磁阻电动机(以下简称sRM)由于具有结构简单、成本较低、运行可靠、控制灵活、在宽广的调速范围内效率较高等优点，成为感应电动机、直流电动机和永磁同步电动机的强有力的竞争者，在工业、农业以及国防等领域的应用越来越广泛^[1]。

    近年来，随着磁性能的提高与成本的降低，稀土永磁材料在各个领域得到了迅速的普及应用，采用稀土永磁体励磁极大地提高了电机的性能，新型稀土永磁电动机进入了一个崭新的发展阶段。因此，如何将高性能的稀土永磁材料与磁阻电动机有机地结合，来提高电动机的性能，成为电机领域的一个研究热点。本文对近几年国内外磁阻电动机的发展进行一下分析。

1磁阻电动机的国内外研究现状

1 1圆筒形开关磁阻电动机

    图1为圆筒形开关磁阻电动机的基本结构^[2]。该电动机在转子大极之间设有窄极，窄极上绕有短路绕组。当电机定子励磁时，漏磁通会在设在q轴的短路绕组中会感应电流，该电流会阻止q轴方向上漏磁通的通过，从而减小漏磁，增大了电机的输出转矩。但是由于转子有短路绕组，限制了电机的极限转速，增大了系统的复杂性。

1．2双极性驱动开关磁阻电动机

    1999年韩国学者提出了一种三相开关磁阻电动机两相同时励磁的新型控制方案^[3]，如图2所示。这种方案类似于步进电动机的三相六拍运行，任何时刻都有两相绕组同时通电，避免了绕组的突然切换，从而大大减小了电动机的转矩波动，降低了电动机的噪声；电机的驱动系统采用与普通三相感应电动机变频器相同的主回路，大大简化了驱动主回路，提高了驱动系统的可靠性，降低了系统的成本。

1．3混合式开关磁阻电动机

    为了提高电机效率和功率因数，减小振动和噪声，在传统开关磁阻电动机的转子上安装上与转子极数不同的永磁体磁极，便形成了混合式开关磁阻电动机^[4]，电动机的基本结构如图3所示。通过双极性驱动，既可利用定、转子间的磁阻转矩，又可利用定子与转子永磁体之问的转矩，能够提高电动机的转矩重量比。但该电动机由于定位转矩的存在，如果控制方法不得当，反而会使输出转矩低于传统的开关磁阻电动机，而且永磁体位于转子上，限制了电动机的极限转速。

1.4双凸极永磁电动机

    双凸极永磁电动机(以下简称DsPM电动机)电机的基本结构如图4所示^[5]。与传统的12／8极开关磁阻电动机相比，区别主要在于定子轭部对称地嵌入四块永磁体。由于永磁体的引入，该种电机的磁场分布与传统开关磁阻电动机有较大的区别。当定子绕组通电时，绕组电流与永磁体磁场作用，产生电磁转矩。同时可以看出，在单相绕组单独通电情况下，若不考虑永磁体磁场，则可视永磁体区域为气隙，给绕组磁通回路带来较大的磁阻，因此在齿对齿以及齿对槽位置，绕组电感均较小，这也给电机相间快速换流提供了有利条件。