新型磁阻電動機(jī)的發(fā)展綜述
謝大綱，寇寶泉，程樹康
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱市150001)
摘要：磁阻電動機(jī)通常具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此越來越成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。作者在分析國內(nèi)外磁阻電動機(jī)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了磁力線開關(guān)型混合勵磁磁阻電動機(jī)的新方案，并介紹了其結(jié)構(gòu)和工作原理。
關(guān)鍵詞：磁阻電動機(jī)；永磁體；開關(guān)磁阻電動機(jī)；混合勵磁
中圖分類號：TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)04—0057—03
0引 言
磁阻電動機(jī)從電動機(jī)本體和驅(qū)動方式上大致可分為同步磁阻電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)和低速同步磁阻電動機(jī)(旋轉(zhuǎn)磁場工作和脈振磁場工作)。同步磁阻電動機(jī)采用正弦波驅(qū)動，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同，由于功率因數(shù)和效率較低，目前只是在小功率驅(qū)動領(lǐng)域有所應(yīng)用；低速同步磁阻電動機(jī)可以采用正弦波驅(qū)動(低速同步電動機(jī))，也可以采用方波驅(qū)動(步進(jìn)電動機(jī))，基本上也只是應(yīng)用在小功率、開環(huán)控制領(lǐng)域，難以形成大功率驅(qū)動系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電動機(jī)(以下簡稱sRM)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、運(yùn)行可靠、控制靈活、在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)效率較高等優(yōu)點(diǎn)，成為感應(yīng)電動機(jī)、直流電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)的強(qiáng)有力的競爭者，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及國防等領(lǐng)域的應(yīng)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(lǐng)域得到了迅速的普及應(yīng)用，采用稀土永磁體勵磁極大地提高了電機(jī)的性能，新型稀土永磁電動機(jī)進(jìn)入了一個嶄新的發(fā)展階段。因此，如何將高性能的稀土永磁材料與磁阻電動機(jī)有機(jī)地結(jié)合，來提高電動機(jī)的性能，成為電機(jī)領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。本文對近幾年國內(nèi)外磁阻電動機(jī)的發(fā)展進(jìn)行一下分析。
1磁阻電動機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1 1圓筒形開關(guān)磁阻電動機(jī)
圖1為圓筒形開關(guān)磁阻電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)[2]。該電動機(jī)在轉(zhuǎn)子大極之間設(shè)有窄極，窄極上繞有短路繞組。當(dāng)電機(jī)定子勵磁時，漏磁通會在設(shè)在q軸的短路繞組中會感應(yīng)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(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。但是由于轉(zhuǎn)子有短路繞組，限制了電機(jī)的極限轉(zhuǎn)速，增大了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
1．2雙極性驅(qū)動開關(guān)磁阻電動機(jī)
1999年韓國學(xué)者提出了一種三相開關(guān)磁阻電動機(jī)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(jìn)電動機(jī)的三相六拍運(yùn)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(jī)的轉(zhuǎn)矩波動，降低了電動機(jī)的噪聲；電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)采用與普通三相感應(yīng)電動機(jī)變頻器相同的主回路，大大簡化了驅(qū)動主回路，提高了驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)的成本。
1．3混合式開關(guān)磁阻電動機(jī)
為了提高電機(jī)效率和功率因數(shù)，減小振動和噪聲，在傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上安裝上與轉(zhuǎn)子極數(shù)不同的永磁體磁極，便形成了混合式開關(guān)磁阻電動機(jī)[4]，電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。通過雙極性驅(qū)動，既可利用定、轉(zhuǎn)子間的磁阻轉(zhuǎn)矩，又可利用定子與轉(zhuǎn)子永磁體之問的轉(zhuǎn)矩，能夠提高電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩重量比。但該電動機(jī)由于定位轉(zhuǎn)矩的存在，如果控制方法不得當(dāng)，反而會使輸出轉(zhuǎn)矩低于傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電動機(jī)，而且永磁體位于轉(zhuǎn)子上，限制了電動機(jī)的極限轉(zhuǎn)速。
1.4雙凸極永磁電動機(jī)
雙凸極永磁電動機(jī)(以下簡稱DsPM電動機(jī))電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖4所示[5]。與傳統(tǒng)的12／8極開關(guān)磁阻電動機(jī)相比，區(qū)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(jī)的磁場分布與傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電動機(jī)有較大的區(qū)別。當(dāng)定子繞組通電時，繞組電流與永磁體磁場作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。同時可以看出，在單相繞組單獨(dú)通電情況下，若不考慮永磁體磁場，則可視永磁體區(qū)域?yàn)闅庀叮o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(jī)相間快速換流提供了有利條件。
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