磁阻电机_成功大学
开关磁阻电机原理
开关磁阻电机原理
开关磁阻电机是一种具有简单结构和高转矩密度的电动机。
它使用了磁阻转矩产生装置，其中磁阻转矩由电动机的定子和转子之间的磁阻产生。
开关磁阻电机的工作原理如下：
1. 组成：开关磁阻电机由定子、转子、定子绕组和悬挂片组成。
定子和转子之间通过永久磁铁产生磁阻转矩。
2. 工作原理：当定子线圈通电时，会在定子产生磁场。
定子的磁场会将转子吸引到某个位置，使两者之间形成磁阻。
同时，钢片的切割磁感线也会产生涡流，涡流通过电磁耦合作用与磁场相互作用，从而形成磁阻转矩。
3. 磁阻转矩控制：通过控制定子绕组的电流和相位，可以调节磁阻转矩的大小和方向。
通过改变电流的极性和大小，可以调节转子的位置和速度。
4. 高转矩密度：开关磁阻电机具有高转矩密度，是因为其转矩与控制电流的平方成正比。
即使在较低电流下，也能产生较大的转矩输出。
总而言之，开关磁阻电机利用磁阻转矩来实现机械输出。
它具有结构简单、转矩密度高的特点，并且可以通过调节电流控制转矩的大小和方向。
开关磁阻电机大学课件
利用永磁体辅助起动的单相SR电动机
PM
PM
特种电机及其控制
2.1.4 SRD特点
1)电动机结构简单、成本低、适用于高速, 开关磁阻电动机的结构比通常认为最简 单的鼠笼式感应电动机还要简单。
2)功率电路简单可靠 因为电动机转矩方向 与绕组电流方向无关，即只需单方向绕 组电流，故功率电路可以做到每相一个 功率开关。
i(q ) Us q -qon
Lmin
特种电机及其控制
2) 当q2q<qoff,L=Lmin+K(q-q2)，Us为+
Us
L di
dq
i dL
dq
[Lmin
K (q
-
q
2
)]
di
dq
iK
( Lmin
-
Kq
2
)
di
dq
Kq
di
dq
iK
ห้องสมุดไป่ตู้
( Lmin
-
Kq2 )
di
q1(q5) 转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置
q2 转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置
q3 转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置
q4
转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置 特种电机及其控制
SR电机绕组电感的分段线性解析式：
Lm in
L(q
)
K (q
Lm a x
-q2
)
Lm
in
Lmax - K (q -q4 )
特种电机及其控制
SRD特点：
3)各相独立工作，可构成极高可靠性系统 从 电动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相 互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转 矩。而不像在一般电动机中必须在各相绕组 和磁路共同作用下产生一个圆形旋转磁场， 电动机才能正常运转。
东京理科大学成功开发出适合电动汽车使用的开关磁阻电机
东京理科大学成功开发出适合电动汽车使用的开关磁阻电机可达到永磁电机相同的性能东京理科大学的千叶明教授成功开发出了一种与现有混合动力（HEV）和纯电动汽车（EV）使用的永磁电机(Permanent Magnet Synchronous Motor：PMSM）具有相同性能，且无需使用稀土永磁材料的电机（见照片）。
它属于开关磁阻电机（Switched Reluctance Motors：SRM），通过电机结构以及材料选择等方面的改进，使转矩密度和效率两个重要指标均满足了电动汽车的要求。
开发的SRM样机尺寸与适用于Prius等汽车的PMSM相同，转速在1200r/min的情况下，最大转矩为403Nm（PMSM：400Nm），效率达到86%（PMSM：83%）。
SRM电机结构简单，耐热性出色；过去由于体积过大，影响其推广。
通过对电机结构的改变和材料选择等方面进行的不断研究，最终成功将转矩密度提高到原有SRM所无法达到的45Nm/l。
具体情况，在电机结构上将定子与转子极数分别增加至18和12（见右下图），并在定子上增加了倾斜角，从而加大了转矩。
在材料选择方面，采用了6.5％的硅钢（牌号为10JNEX900），这特别能够提高低输出功率状态下的效率，从而更好地满足了汽车电机的效率要求。
在低功率输出状态下，SRM的效率比PMSM具有明显的优势。
现有HEV 和EV 等驱动电机产品中，使用稀土永磁材料的PMSM 电机最为常见。
目前9成的稀土材料从中国出口，估计今后随着需求量的增加，其价格将会上涨2～3倍。
无需使用稀土材料的SRM 的应用前景值得期待。
此项开发工作也是日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO ）推出新一代电动汽车项目中的一个研究课题。
SRM 电机结构与主要特性高超，北京中纺锐力机电有限公司董事长，国家有突出贡献的中青年专家，政府津贴获得者，博士生导师。
他是一位温文尔雅的电机专家，对新能源汽车及车用电机有着深刻的理解；他是一位专业和务实的企业家，在企业管理方面有着独到的理念。
沈阳航空航天大学科技成果——电动飞机用高效开关磁阻驱动电机及控制系统研发技术
沈阳航空航天大学科技成果——电动飞机用高效开关磁阻
驱动电机及控制系统研发技术
成果简介：
基于现有固定翼电动飞机的驱动电机，开展轻型、高效、低成本的优化研究。
采用新型分段式绕组、短磁路开关磁阻电机，针对新型分段式转子结构、集中式绕组形式、短磁路损耗展开全面的分析，通过建模、仿真、制作加工，并完成配套控制系统的研发，对比现有多种类电机的效率来验证新型电机的高效性和可靠性；同时利用新型转矩控制方法来降低传统驱动电机的转矩脉动，并解决驱动噪声等问题。
30kW驱动电机及集成式控制器
新型短磁路、分段式开关磁阻电机的控制方法简单、输出转矩大、功率密度高且高速运行时稳定可靠，十分符合直翼电动飞机所用驱动电机的要求。
一方面研发团队已深入研究了电机本体设计的一些关键技术，单齿定子结构、分段式转子铁芯，铝制转子包壳等，另一方面航空和航天惯导专业研究所、惯性技术航空科技重点实验室可为项目
实施提供实验测试手段、统计数据和有力的技术支持。
合作方式：专利权许可。
磁阻电机原理
磁阻电机原理磁阻电机是一种利用磁阻效应工作的电机，其工作原理是利用磁阻效应的变化来产生转矩，从而驱动电机转动。
磁阻电机由定子和转子两部分组成，定子上有多个线圈，线圈中通以电流，产生磁场，而转子上有多个磁极，通过磁阻效应，定子和转子之间的相对位置变化会导致磁阻的变化，从而产生转矩，使电机转动。
磁阻电机的工作原理可以从磁阻效应和电磁感应两个方面来解释。
首先，磁阻效应是指在磁场中，当磁路长度或磁路面积发生变化时，磁阻也会发生变化。
在磁阻电机中，定子和转子之间的相对位置变化会导致磁阻的变化，从而产生转矩。
其次，电磁感应是指导体在磁场中运动时会产生感应电动势，而在磁阻电机中，定子线圈中通以电流时产生的磁场会与转子上的磁极相互作用，从而产生转矩，驱动电机转动。
磁阻电机的工作原理使其具有一些特点。
首先，磁阻电机结构简单，制造成本较低。
其次，磁阻电机具有较高的动态响应特性，转矩波动较小。
再次，磁阻电机无需永磁体，不受温度影响，适用于高温环境。
此外，磁阻电机还具有较高的效率和较低的噪音。
磁阻电机的应用领域较为广泛。
首先，在汽车行业中，磁阻电机常用于发动机控制系统、制动系统和转向系统等。
其次，在家用电器领域，磁阻电机常用于洗衣机、空调、冰箱等电器中。
再次，在工业自动化领域，磁阻电机常用于机械手、输送设备、包装机械等。
此外，磁阻电机还广泛应用于航空航天、医疗设备、办公设备等领域。
总的来说，磁阻电机是一种利用磁阻效应工作的电机，其工作原理是利用磁阻效应的变化来产生转矩，从而驱动电机转动。
磁阻电机具有结构简单、制造成本低、动态响应特性好、无需永磁体、适用于高温环境等特点，应用领域较为广泛。
随着科技的不断发展，相信磁阻电机在未来会有更广阔的应用前景。
大连理工大学科技成果——开关磁阻电机及其控制器
大连理工大学科技成果——开关磁阻电机及其控制器
一、产品和技术简介：
开关磁阻电机是一种新兴的机电一体化调速系统，主要优点如下：电机结构简单（定、转子为双凸极结构，转子上没有任何绕组，比笼式异步电动机还要简单）、成本低、适用于高速运行。
功率电路简单可靠，各相独立工作，可构成可靠性极高的系统。
高起动转矩，低起动电流，在很宽的运行范围内都可保持高效率。
大连理工大学电力电子研究所开发的开关磁阻电机控制系统，采用16位高速DSP控制器为控制核心，运算速度快，控制精度高；采用模糊控制技术，具有动态性能好、运行平稳等优点；采用汉字液晶显示，实时显示电机的运行状态，具有一定的故障自诊断能力。
目前可为功率范围在2.2kW-60kW的开关磁阻电机配控制器，调速范围为50r/min-3000/min。
现可提供从电机设计到电机控制的全套技术。
二、应用范围和生产条件：
开关磁阻电机广泛应用于需要调速传动场合，由于其良好的起动特性，特别适合在要求频繁正、反转的场合应用。
开关磁阻电机在以下行业具有良好的应用前景：
工业传动：适于需要调速的应用，特别适合需频繁起动和正、反转的场合；
煤炭行业：采煤机械；
石油行业：适用于抽油机等机械；
钢铁行业：适用于轧钢机等机械。
凡电机生产厂均可生产开关磁阻电机及其控制器。
三、规模与投资、成本估算：
电机比普通异步电机便宜，控制器比通常的变频器便宜。
电机厂几乎不需要额外投资。
四、提供技术的程度和合作方式：
成果转让或技术入股。
磁阻电机的原理
磁阻电机的原理磁阻电机是一种利用磁阻效应来产生转矩的电机，它的工作原理是利用磁场的变化来产生转矩。
磁阻电机通常由定子和转子两部分组成，其中定子上的绕组产生磁场，而转子上的磁性材料则在磁场的作用下产生转矩。
下面我们将详细介绍磁阻电机的原理。
首先，磁阻电机的定子上通常包含有绕组，当绕组通电时会产生磁场。
这个磁场会对转子上的磁性材料产生作用，使得转子发生磁阻转动。
在这个过程中，磁阻电机并不需要外加的永磁体，而是利用绕组产生的磁场来产生转矩。
其次，磁阻电机的转子上通常采用磁性材料，这种材料在磁场的作用下会发生磁化，从而产生磁阻转动。
这种转动是由于磁性材料在磁场中的磁化方向会受到磁场的作用而发生变化，从而产生转矩。
另外，磁阻电机的工作原理还涉及到磁阻效应。
磁阻效应是指在磁路中，当磁路的磁导率发生变化时，磁路中的磁阻也会发生变化。
在磁阻电机中，利用磁阻效应可以实现磁场的调节，从而产生所需的转矩。
总的来说，磁阻电机的原理是利用磁场的变化来产生转矩，其中包括绕组产生磁场、磁性材料发生磁阻转动以及磁阻效应的作用。
磁阻电机由于不需要永磁体，结构简单，制造成本低，因此在一些特定的应用领域具有一定的优势。
在实际应用中，磁阻电机通常用于一些对转矩要求不高，但对结构简单、成本低的场合，比如一些小型家用电器、自行车发电机等。
随着科学技术的不断发展，磁阻电机的原理也在不断完善和改进，为其在更广泛的领域应用提供了可能。
综上所述，磁阻电机是一种利用磁阻效应来产生转矩的电机，其工作原理主要是利用磁场的变化来产生转矩，其中涉及到绕组产生磁场、磁性材料发生磁阻转动以及磁阻效应的作用。
磁阻电机由于结构简单、制造成本低，在一些特定的应用领域具有一定的优势。
随着科学技术的不断发展，磁阻电机的原理也在不断完善和改进，为其在更广泛的领域应用提供了可能。
开关磁阻电机工作原理
开关磁阻电机工作原理
开关磁阻电机是一种利用磁阻效应来实现电机转动的新型电机，它具有结构简单、体积小、效率高等优点，因而在各种应用场景中得到了广泛的应用。
那么，开关磁阻电机是如何实现工作的呢？接下来，我们将详细介绍开关磁阻电机的工作原理。
首先，开关磁阻电机的核心部件是磁阻转子。
磁阻转子由多个磁性材料组成，
这些材料在不同的磁场作用下具有不同的磁导率。
当外加电流通过定子线圈时，产生的磁场会使磁阻转子中的磁性材料受到磁力的作用，从而使磁阻转子发生旋转运动。
这种旋转运动可以用来驱动机械装置，实现各种工作任务。
其次，开关磁阻电机的工作原理涉及到磁阻效应。
磁阻效应是指在外部磁场的
作用下，磁性材料的磁导率发生变化的现象。
在开关磁阻电机中，通过改变定子线圈中的电流方向，可以改变磁阻转子中磁性材料的磁导率，从而控制磁阻转子的旋转运动。
这种通过改变电流方向来控制磁阻转子旋转的方法，被称为磁阻效应驱动。
最后，开关磁阻电机的工作原理还涉及到电子控制系统。
电子控制系统通过对
定子线圈中的电流进行精确控制，可以实现对磁阻转子旋转运动的精确控制。
同时，电子控制系统还可以实现对开关磁阻电机的启动、制动、速度调节等功能，从而满足不同工作场景对电机性能的要求。
综上所述，开关磁阻电机通过利用磁阻效应和电子控制系统，实现了高效、精
确的电机转动，具有结构简单、体积小、效率高等优点。
在各种应用场景中，开关磁阻电机都发挥着重要的作用，为各种工程和生产提供了可靠的动力支持。
希望通过本文的介绍，读者对开关磁阻电机的工作原理有了更深入的了解。
开关磁阻电机_成功大学
國立成功大學馬達科技研究中心p1Fully pitched winding of SRM& Flux switching motorFully pitched winding of SRM & Flux switching motor 電動機導論授課教師：蔡明祺教授A+ A-B-B+A+A+A-A-Fully pitched winding arrangement Short pitched winding arrangement(Conventional SRM)Mab>0Mab=0 Mab<0國立成功大學馬達科技研究中心Flux switching motor(FSM)Flux Switching Motor國立成功大學馬達科技研究中心p11國立成功大學馬達科技研究中心p12•The Field winding (F) carries dc current •The Armature winding (A) carries ac current •FLUX SWITCHING with each reversal of Armature current •Utilisation of copper in slots is very high A+A-F+F-F+F-A+A-p13A-F-A+F+A+ F-A-F+A+ F-A-F+F-A+A-F+Half an electrical cycle –now reverse armature again F-A+A-F+Flux switches back to horizontal axis but rotation continues F-A-A+F+A+F+A-F-Rotor turns to horizontal axisA+F+A-F-Rotor turns to horizontal axisCompletion of the electrical cycle –180ºmechanicalA-F-A+F+Rotor Aligned with horizontal stator teeth –no torque F-A-A+F+Flux switches vertically –initial torque is anti-clockwiseA+F-A-F+A-F+A+F-Rotor turns towards vertical axisA-F+A+F-Reverse Armature current to pull back to clockwiseA-F-A+A-F+A+F-Reverse armature again to keep rotation clockwiseA-F-A+A+F+A-F-Flux switches back to vertical but rotor continues clockwiseA+F-A-A+F+A-F-Rotor turns to vertical axisA+F-A-A+F+A-F-Rotor reaches vertical axis –inertia keeps it rotatingA+F-A-Flux switches to horizontal -rotor continues clockwiseF-A-A+F+A-F+A+F-Rotor continues clockwiseA-F-A+A-F+A+F-Reverse armature again to keep rotation clockwiseA-F-A+A+F+A-F-Flux switches back to vertical but rotor continues clockwiseA+F-A-A+F+A-F-Rotor turns to vertical axisA+F-A-A+F+A-F-Rotor reaches vertical axis –inertia keeps it rotatingA+F-A-Flux switches to horizontal -rotor continues clockwiseA-F-A+F+A-F+A+F-Rotor continues clockwiseA-F-A+p40F+F-A-F+F-A-A+A+A+A+A-A-Switching Motor•D E WALT DW744XP Table Saw•On sale in Northern Europe since August 2003Rotor StatorDevelopments 國立成功大學馬達科技研究中心。
开关磁阻电机大学课件
02
开关磁阻电机的结构与组成
定子结构
1 3
定子铁芯
由硅钢片叠压而成，是产生磁场的关键部分。
定子绕组
电流斩波控制
总结词
电流斩波控制是一种控制开关磁阻电机 电流的方法，通过设定电流的上限和下 限，当电流超过上限时，控制器会降低 电压以减小电流；当电流低于下限时， 控制器会增加电压以增加电流。
VS
详细描述
在电流斩波控制策略中，控制器实时监测 开关磁阻电机的电流，当电流超过设定的 上限时，控制器会降低电机相电压，以减 小电机电流；当电流低于设定的下限时， 控制器会逐渐增加电机相电压，以增加电 机电流。通过这种方式，可以有效地限制 电机电流，防止过流对电机造成损坏。
传感器
用于检测转子的位置和速度，以便控制器精确控制电 机的运行。
保护电路
用于保护电机和控制器的安全，防止过电流、过电压 等异常情况。
03
开关磁阻电机的控制策略
角度控制
总结词
角度控制是一种精确控制开关磁阻电机转子位置的方法，通过检测转子的位置 并调整开通角和关断角来控制电机的转动。
详细描述
在角度控制策略中，控制器实时检测开关磁阻电机的转子位置，并根据转子的 位置来精确控制电机的开通角和关断角。通过调整开通角和关断角，可以精确 地控制电机的转动，从而实现高精度的位置和速度控制。
06
开关磁阻电机的前景与展望
技术发展趋势
高效能化
随着新材料、新工艺的应用，开关磁阻电机的效 率将进一步提高，降低能耗。
成功大学—电机学介绍三
Section 7特殊馬達之發展Conventional motor Linear motor Tubular motor線性馬達結構線性微步進馬達Linear Stepping Plane MotorResearch of ISEA3 Degree of Freedom Spherical Actuator/eee/emd/index2_1.html•Force feedback joysticks•Stereoscopic active visionsystems•High dexterity and highreliability robot joints•Actuated multi degree-of-freedom platforms for complexassembly and inspectionsystems超導馬達國立成功大學馬達科技研究中心NCKU Electric Motor Technology Research Center超導體超導體就是電阻質為零的導體。
由於無電阻，則電流將可持續流轉，也不會因熱效應而衰減，此電流稱為超導電流。
超導體處於臨界溫度（critical temperature，Tc）以下時具有超導現象，主要的超導現象為零電阻和反磁性：(1) 零電阻：是指電流流通時無阻力的現象，也就是產生永久電流（persistent current），但在超導體內引發的電流，有其上限（稱臨界電流），超過此上限，超導態立即消失。
(2) 反磁性：是將超導體放入磁場中，會將其內部的磁場完全排除，其內部磁通量（magnetic flux)保持為零。
因此，若將一超導體放在一個普通的磁體上方，則會因排斥作用而懸浮在空中。
全超導馬達•I nductor type F lux C ontrol S uperconducting motor ‧全超導馬達•Fully high temperature superconductor motor‧FHTS motor‧由日本石川島播磨重工業（IHI）、住友電氣工業、大陽日酸、中島推進器（Nakashima Propeller）、新瀉原動機、日立製作所、福井大學、富士電機系統組成的一個產學聯合研究小組IFCS motor 實體高效率超導馬達日本山梨線磁浮列車有人：3輛連接，531km/hr1996(平成9)年12月12日無人：5輛連接，552km/hr1998(平成11)年4月14日相対速度：1,003km/h1998(平成11)年11月16日。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
交流馬達
直流馬達
磁滯馬達(磁滯同步馬達)
直流無刷馬達磁阻馬達
PM型
馬達同步馬達
異步（感應）馬達
PM 型
VR 型HB 型
單相多相
弦波馬達步進馬達
切換型同步型
激磁型
磁阻最小原理
磁通須沿著磁阻最小的路徑閉合
傳統可變速驅動馬達
直流馬達
•有理想轉速-轉矩對應關係
•因使用機械式換向，所以易產生火花、需更換碳刷
磁阻馬達無碳刷！
傳統可變速驅動馬達（續）
直流無刷馬達
•較高的馬達效率、輸出轉矩與較佳的動態特性
•因使用永久磁鐵，製造成本較高且組裝困難
•過負載特性受限於永久磁鐵的退磁限制
•永久磁鐵受操作溫度的影響
磁阻馬達無永久磁鐵！
傳統可變速驅動馬達（續）
–交流感應馬達
•結構堅固、成本低、維護容易
•須使用變頻器驅動，以增加穩定操作的速度範圍
•負載操作時，轉子會因產生銅損而發熱
•效率較低
•定轉矩控制時的補償問題
磁阻馬達轉子不會發熱！
結構簡單、低成本、效率高、轉矩大、功率損失小、發熱問題較小
速度控制性能良好
驅動控制電路沒有交流馬達複雜
馬力可高達數百馬力，適合作為動力源
於未來的工業極具發展潛力
仍有下列缺點有待加以改進：
1. 與其他類型馬達比較，其輸出扭矩較不平順，且運轉時噪音較大。
2. 於額定範圍運轉時，所增加的鐵損使得切換式磁阻馬達的運轉效率稍
四相8/6極切換式
同步式磁阻馬達磁阻馬達
Rotor
Stator
A
B
C A'
D
B’
C’
D’
1
2
3456
相繞組
轉子凸極
定子
定子與轉子皆具備凸極的特徵(Double salient)結構
8/6極-8定子磁極6轉子磁極
SRM轉矩合成波形
第17
(a)(b)
(a)(b)
第
轉子
定子1θ5
θ4
θ3θ2
θθ
οαθr
βs
βr
τR
N
F N i N =
=φφwhere
Ni
F =T
unaligned
aligned
λ
max
λmax
i θ
d dL i
221=
r
mN πε2=
r
β−Ensures that in the ideal case with no fringing flux, torque can be produced at all rotor position.
Stroke angle(step angle)
Ensures a sufficiently low unaligned inductance.
Ensures that if the stator is saturated, the rotor will not be saturated.
: rotor pole arc : stator pole arc
: number of rotor poles : number of stator poles : number of phases
r βs βs N r N m 例子:四相8/6極SRM
01020304050607080
10
2030405060r
s ββ=β=s D
60=+r s ββChoose Nr=6, Ns=8, m=4.Stroke angle
D
152==r
mN πεr
βr
r
r N 602=<π
βD
15
=εFrom the constrain, we can get the feasible triangle.
: rotor pole arc : stator pole arc
: number of rotor poles : number of stator poles r βs βs N r N m
定子極弧與轉子極弧不同
的弧長,所對應不同的電
感平頂的寬度,這將影響
SRM激磁電流效應。
國立成功大學馬達科技研究中心第28頁
Align Unalign 國立成功大學馬達科技研究中心
三相SRM 動作說明
國立成功大學馬達科技研究中心
許多的設計分析及測試驗證，相關專利及論文整理如下圖所示，但推入市場上的產品尚屬少數。
Tridelta Industries併購)
Emerson Electric(購併英國Switched Reluctance Drive Ltd)切換式磁阻馬達
（資料取自該公司網頁）國立成功大學馬達科技研究中心第35頁
國立成功大學馬達科技研究中心
車輪馬達)
第40頁
國立成功大學馬達科技研究中心
coil rotor
stator coil
stator
rotor
作為地板拋光機動力源的磁阻馬達國立成功大學馬達科技研究中心
小容量家用電器的SRM多為單相或兩相的；而工業用驅動電動機多為三相、四相徑向單齒式結構
SPSRM電路更簡單、成本更低，因此作為小功率切換式磁阻馬達在家電和輕工業設備中極有吸引力
Typical application areas of SRMs。