新型磁阻電動機的發展綜述

  謝大綱，寇寶泉，程樹康

(哈爾濱工業大學，黑龍江哈爾濱市150001)

    摘要：磁阻電動機通常具有結構簡單、成本低、可靠性高、調速范圍寬等優點，因此越來越成為國內外學者研究的熱點。作者在分析國內外磁阻電動機研究現狀的基礎上，提出了磁力線開關型混合勵磁磁阻電動機的新方案，并介紹了其結構和工作原理。

    關鍵詞：磁阻電動機；永磁體；開關磁阻電動機；混合勵磁

    中圖分類號：TM352  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)04—0057—03

0引  言

    磁阻電動機從電動機本體和驅動方式上大致可分為同步磁阻電動機、開關磁阻電動機和低速同步磁阻電動機(旋轉磁場工作和脈振磁場工作)。同步磁阻電動機采用正弦波驅動，轉子的轉速與旋轉磁場的轉速相同，由于功率因數和效率較低，目前只是在小功率驅動領域有所應用；低速同步磁阻電動機可以采用正弦波驅動(低速同步電動機)，也可以采用方波驅動(步進電動機)，基本上也只是應用在小功率、開環控制領域，難以形成大功率驅動系統。開關磁阻電動機(以下簡稱sRM)由于具有結構簡單、成本較低、運行可靠、控制靈活、在寬廣的調速范圍內效率較高等優點，成為感應電動機、直流電動機和永磁同步電動機的強有力的競爭者，在工業、農業以及國防等領域的應用越來越廣泛^[1]。

    近年來，隨著磁性能的提高與成本的降低，稀土永磁材料在各個領域得到了迅速的普及應用，采用稀土永磁體勵磁極大地提高了電機的性能，新型稀土永磁電動機進入了一個嶄新的發展階段。因此，如何將高性能的稀土永磁材料與磁阻電動機有機地結合，來提高電動機的性能，成為電機領域的一個研究熱點。本文對近幾年國內外磁阻電動機的發展進行一下分析。

1磁阻電動機的國內外研究現狀

1 1圓筒形開關磁阻電動機

    圖1為圓筒形開關磁阻電動機的基本結構^[2]。該電動機在轉子大極之間設有窄極，窄極上繞有短路繞組。當電機定子勵磁時，漏磁通會在設在q軸的短路繞組中會感應電流，該電流會阻止q軸方向上漏磁通的通過，從而減小漏磁，增大了電機的輸出轉矩。但是由于轉子有短路繞組，限制了電機的極限轉速，增大了系統的復雜性。

1．2雙極性驅動開關磁阻電動機

    1999年韓國學者提出了一種三相開關磁阻電動機兩相同時勵磁的新型控制方案^[3]，如圖2所示。這種方案類似于步進電動機的三相六拍運行，任何時刻都有兩相繞組同時通電，避免了繞組的突然切換，從而大大減小了電動機的轉矩波動，降低了電動機的噪聲；電機的驅動系統采用與普通三相感應電動機變頻器相同的主回路，大大簡化了驅動主回路，提高了驅動系統的可靠性，降低了系統的成本。

1．3混合式開關磁阻電動機

    為了提高電機效率和功率因數，減小振動和噪聲，在傳統開關磁阻電動機的轉子上安裝上與轉子極數不同的永磁體磁極，便形成了混合式開關磁阻電動機^[4]，電動機的基本結構如圖3所示。通過雙極性驅動，既可利用定、轉子間的磁阻轉矩，又可利用定子與轉子永磁體之問的轉矩，能夠提高電動機的轉矩重量比。但該電動機由于定位轉矩的存在，如果控制方法不得當，反而會使輸出轉矩低于傳統的開關磁阻電動機，而且永磁體位于轉子上，限制了電動機的極限轉速。

1.4雙凸極永磁電動機

    雙凸極永磁電動機(以下簡稱DsPM電動機)電機的基本結構如圖4所示^[5]。與傳統的12／8極開關磁阻電動機相比，區別主要在于定子軛部對稱地嵌入四塊永磁體。由于永磁體的引入，該種電機的磁場分布與傳統開關磁阻電動機有較大的區別。當定子繞組通電時，繞組電流與永磁體磁場作用，產生電磁轉矩。同時可以看出，在單相繞組單獨通電情況下，若不考慮永磁體磁場，則可視永磁體區域為氣隙，給繞組磁通回路帶來較大的磁阻，因此在齒對齒以及齒對槽位置，繞組電感均較小，這也給電機相間快速換流提供了有利條件。