磁阻电机原理及讲解

磁阻电机，一种连续运行的电气传动装置，其结构及工作原理与传统的交、直流电动机有很大的区别。它不依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用而产生转矩，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩。

所谓“磁阻最小原理”，即：“磁通总是沿着磁导最小的路径闭合，从而产生磁拉力，进而形成磁阻性质的电磁转矩”和“磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性”。

此类电机是利用磁阻（magnetic reluctance），也被称为磁电阻（magnetic resistance）让电机产生旋转运动，就像电路那样，磁路中的磁通总是要沿着磁阻最小的路径闭合。

凸极率是转子叠片设计的直接结果，叠片的冲制用来切割出电机的等效气隙形状以控制磁通路径，冲制工艺还对d轴和q轴电感随着磁化电流变化而变化产生影响。由于冲制工艺增加了等效气隙，需要更大的励磁电流，导致功率因数cosφ. 变得更差。

磁阻电机的工作原理

磁阻电动机是利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用齿极间的吸引力拉动转子旋转。为方便分析磁路，我们把相对的相分别标为a、b、c相，各相线圈由开关控制电流通断，约定转子启动前的转角为0度。

为了使转子继续转动，在转子转到30度前已切断A相电源在30度时接通B相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，于是转子继续转动，磁力一直牵引转子转到60度为止。

在转子转到60度前切断B相电源在60度时接通C相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，转子继续转动，磁力一直牵引转子转到90度为止。

当转子转到90度前切断C相电源，转子在90度的状态与前面0度开始时一样，重复前面过程，接通A相电源，转子继续转动，这样不停的重复下去，转子就会不停的旋转。

磁阻电机的结构

磁阻电机在转子旋转时，磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以，该电动机的定、转子均采用双凸极结构，并用硅钢片叠制而成。在每个定子磁极上都装有简单的集中绕组，并把径向相对的两个定子磁极上的绕组以串联或并联的方式构成一相。

在转子上无任何绕组，也无永磁体。按照电动机的相数，可分为奇数相和偶数相。按照电动机的磁路结构，可分为两极型长磁路结构和四极型短磁路结构。按照电动机的通电励磁模式，有单相励磁和多相励磁之分。

电机转子无永磁体，允许较高的温升。由于绕组均在定子上，电机容易冷却。效率高，损耗小。转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。转子上没有电刷，结构坚固，适用于高速驱动。

磁阻电机的应用

近年来磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域，功率范围从10W～5MW，最大速度高达100000 r/min。

1.磁阻电机电动车应用

磁阻电机最初的应用领域就是电动车。目前电动汽车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷及永磁有刷两种，然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。当高能量密度和系统效率为关键指标时，开关磁阻电机变为首选对象。

2.磁阻电机纺织工业应用

近十年来我国纺织机械行业的机电一体化水平有了较明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了机电一体化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有PLC、工控机、单片机等组成的控制系统;先进的驱动技术，有变频调速，交流伺服，步进电机等;检测传感技术和执行机构;精密机械技术等。

3.磁阻电机焦炭工业应用

磁阻电机因其启动力矩大、启动电流小，可以频繁重载启动，无需其他的电源变压器，节能，维护简单，特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等。

我国研制成功110kW的开关磁阻电机用于矸石山绞车、132kW的开关磁阻电机用于带式输送机拖动，良好的启动和调速性能受到工人们的欢迎。我国还将开关磁阻电机用于电牵引采煤机牵引，运行试验表明新型采煤机性能良好。此外还成功地将开关磁阻电机用于电机车，提高了电机车运行的可靠性和效率。

4.磁阻电机在家电行业的应用

磁阻电机的发展状况

众所周知，磁阻电机驱动系统是一种高效的电机系统，其综合性能超越以往各种传统电机，效率、性能、数字智能化控制等方面，都具有不可比拟的优势，而且在某些特定领域如15万转以上的超高速领域具有无可替代性。但是，另一方面，为什么这一优秀的动力产品在我国没有真正普及呢？本文将系统的回答这一问题。

一、磁阻电机的技术状态

和大部分圈外人士所认识的不同，不同于变频电机，磁阻电机驱动系统的技术极其复杂而体系。其中电机本体的电磁计算和结构工艺技术，可以说是所有电机里面最复杂的，至今在我国没有合理的动态数学模型用来揭示其复杂的内部微观特性，也就是说开关磁阻电机典型的非线性特征，难于具体把握。

总体而言，我们可以简单的根据技术状态，把开关磁阻电机一分为二，一是普通基础技术产品，一是高精度技术产品。所谓普通基础技术产品，就是依据其根本原理，而研究、产生的最基础的产品，就像第一代计算机，粗大笨重、精度差、计算速度慢。

高精度技术产品则不然，其从电机设计、工艺、控制技术等各个环节，都采用科学开发模式和先进技术，并使用高精度加工设备和工艺，针对各个应用设备的细节特性而具体设计