永磁式开关磁阻电机原理和特性分析.pdf

第 34 卷第 5 期 浙　　江　　大　　学　　学　　报　　(工学版) V o l. 34 №. 5 2000 年 9 月 Jou rnal of Zhejiang U n iversity　　(Engineering Science) Sep. 2000 文章编号: 1008973X (2000) 永磁式开关磁阻电机原理及特性分析 廖海平, 陈永校 (浙江大学 电机工程学系, 浙江 杭州 310027) 摘　要: 提出一种带永久磁钢的新型开关磁阻电动机(PM SRM ) , 对其基本结构、运行原理及电机性能等 作了分析 该电机的定子上内嵌高性能永久磁钢, 电机的转矩体积比、效率均较相同功率等级的传统 SRM 要高 同时不存在传统 SRM 所固有的一些缺点, 并就其出力能力与传统 SRM 进行了比较 最后 给出了实验结果 关键词: 永久磁钢; SRM ; 磁场分析 中图分类号: TM 351　　　　　文献标识码: A 开关磁阻电机(SRM ) 由于其结构简单、工作可靠, 并在宽广调速范围内可获得较高的效率, 近 几十年来引起了各国学者广泛的研究兴趣, 并在其设计、控制、性能分析与预测等领域获得丰富的 研究成果[ 1, 2 ] 从工作机理上看, SRM 的电磁转矩方向与电流方向无关, 仅与相绕组电感的变化率 有关 工作在单方向电流脉冲状态下, 电磁转矩必须在电感增加区域产生, 在电感下降区到来 SRM 之前, 必须完成相绕组间换流, 以避免制动转矩的产生 实质上为单边单励电机, 由于无独立 SRM 的激磁绕组, 相绕组电流中必须提供激磁分量, 输入的能量并非全部转化为机械能输出, 而是存在 能量利用率的问题 由于以上特点, 传统 SRM 存在着几个固有的缺点: ( 1) 电机绕组利用率较低, 绕组最多只能导通半个周期; (2) 由于电机绕组的最大电感较大, 而换流常在最大电感区域附近发 生, 功率开关管在大电感下关断, 无疑将影响功率变换器和驱动系统运行的可靠性, 这一点在大功 率电机中尤为突出; (3) 随着容量和体积的减小, 能量利用率问题更加突出, 影响了SRM 转矩密度 和功率密度的进一步提高 针对传统 SRM 中所存在的这些问题, 目前国外研究人员提出了一些对 现有 SRM 本体结构加以改进的方案, 在其启发下, 我们设计并研制了电动 自行车驱动用永磁式开 关磁阻电机(PM SRM ) 该电机保留了传统 SRM 结构简单的优点, 同时通过高性能永久磁钢的引入, 克服了传统SRM 中存在的换流相对较慢、能量利用率较低的缺点, 增加了电机的转矩密度 理论分析与 实验结果均表明PM SRM 在变速驱动, 特别是小功率变速驱动领域里有着广泛的应用前景 1　PM SRM 的基本结构及运行原理 PM SRM 的基本结构如图 1 所示 与传统 64 极 SRM 相 比, 区别主要在于定子轭部对称地嵌入两块磁钢, 样机中采用 了高性能N dFeB 磁钢N 30H 值得注意的是, PM SRM 中相对 磁钢而言, 外界气隙磁阻与转子位置无关, 因此永久磁钢的工 作总磁通基本上保持不变 设计时, 在电机基本结构确定的情 况下, 其大小主要取决于所用磁钢的去磁特性及几何尺寸 PM SRM 中每相绕组的磁通由两部分构成: ( 1) 永久磁钢 图 1　PM SRM 基本结构图 单独作用产生的磁通; (2) 绕组通电所产生的磁通 若仅考虑永 . 1　 F ig Basic construction design 收稿 日期: