六 开关磁阻电机

1.开关磁阻电机组成结构

开关磁阻电机作为一种新型电机，相比其他类型的驱动电机而言，其结构最为简单。开关磁阻电机主要由定子绕组、转子凸极等组成，其总成解剖图如图1-58所示。

图1-58 开关磁阻电机总成解剖图

开关磁阻电机定子与转子结构如图1-59所示。

定子铁心由硅钢片叠制而成，为凸极结构，在定子凸极上绕有线圈（定子绕组），用来向电机提供工作磁场，把径向相对的两个绕组串联成一个磁极，称为一相。图1-59所示电机有3相，结合定子与转子的极数，称该电机为三相6/4结构。

图1-59 开关磁阻电机定子与转子结构图

转子由转轴和转子铁心组成，转子上既没有绕组也没有永磁体。转子铁心为凸极结构，为磁场提供磁路。一般而言，相数和极数增多，有利于减小转矩脉动，提高电机低速运行的平稳性，但会导致结构复杂、功率开关元件增多、成本增高。

目前应用较多的为三相6/4极、12/8极和四相8/6极的开关磁阻电机。开关磁阻电机常用的相数与极数组合见表1-4。

表1-4 开关磁阻电机常用的相数与极数组合

2.开关磁阻电机的工作原理

由于采用磁阻最小原理，且线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，故称其为开关磁阻电机。它的运行遵循磁阻最小原理，即：磁通总要沿最小路径闭合，转子凸极轴线总趋向于与定子产生的磁通轴线对齐。当定子某相绕组通电励磁，产生的磁场磁力线由于扭曲而引起切向磁拉力，以使相近转子凸极轴线旋转到与定子的电励磁轴线相对齐位置，由于其“对齐”趋势使磁阻电机产生特有的有效电磁磁阻转矩。

以三相6/4极开关磁阻电机为例，U、V、W相线圈分别由功率开关BG1、BG2、BG3控制电流通断，并约定转子转动前的转角为0°。三相6/4极开关磁阻电机及功率变换器如图1-60所示。

图1-60 三相6/4极开关磁阻电机及功率变换器

三相6/4极开关磁阻电机U相通电如图1-61a所示。U相线圈接通电源产生磁通，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁心，磁力线可看成极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始逆时针转动；图1-61b是转子转了10°的图，图1-61c是转了20°的图，磁力一直牵引转子转到30°为止，到了30°转子不再转动，此时磁路最短。

图1-61 三相6/4极开关磁阻电机U相通电图

为了使转子继续转动，在转子转到30°前切断U相电源，并在30°时接通V相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁心，如图1-62a所示。转子继续转动，图1-62b是转子转到40°的图，图1-62c是转到50°的图，磁力一直牵引转子转到60°为止。

图1-62 三相6/4极开关磁阻电机V相通电图

在转子转到60°前切断V相电源，并在60°时接通W相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁心，如图1-63a所示。转子继续转动，图1-63b是转子转到70°的图，图1-63c是转到80°的图，磁力一直牵引转子转到90°为止。

图1-63 三相6/4极开关磁阻电机W相通电图

在转子转到90°前切断W相电源，转子在90°状态时与前面0°开始时一样，重复前面控制过程，接通U相电源，转子继续转动，这样不停地重复下去，转子就会不停地旋转。开关磁阻电机的旋转速度与线圈通断电的频率有关，频率越高，电机转速越快。