磁阻電動機(jī)原理

開關(guān)磁阻電動機(jī)（SR）是近些年發(fā)展的新型調(diào)速電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單結(jié)實(shí)、調(diào)速范圍寬且性能好，現(xiàn)已廣泛用在儀器儀表、家電、電動汽車等領(lǐng)域。 

下面通過一個開關(guān)磁阻電動機(jī)原理模型來介紹工作原理。

   雙凸極結(jié)構(gòu)

磁阻電機(jī)定子鐵芯

磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯有四個齒極，由導(dǎo)磁良好的硅鋼片沖制后疊成，見下圖。

磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯

與普通電機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子與定子直接有很小縫隙，轉(zhuǎn)子可在定子內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，見下圖。

雙凸極結(jié)構(gòu)的定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯

由于定子與轉(zhuǎn)子都有凸起的齒極，這種形式也稱為雙凸極結(jié)構(gòu)。在定子齒極上繞有線圈（定子繞組），是向電機(jī)提供工作磁場的勵磁繞組。

定子鐵芯上有勵磁繞組

在轉(zhuǎn)子上沒有線圈，這是磁阻電機(jī)的主要特點(diǎn)。在講電動機(jī)工作原理時常用通電導(dǎo)線在磁場中受力來解釋電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的道理，但磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒有線圈，也無“鼠籠”，那是靠什么力推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動呢？磁阻電動機(jī)則是利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用齒極間的吸引力拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

磁阻電機(jī)勵磁繞組分布圖

在下面有一組磁阻電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理動畫的截圖，從中我們將看到磁阻電動機(jī)是如何轉(zhuǎn)動起來的。A相、B相、C相線圈由開關(guān)控制電流通斷，圖中紅色的線圈是通電線圈，黃色的線圈沒有電流通過；通過定子與轉(zhuǎn)子的深藍(lán)色線是磁力線；約定轉(zhuǎn)子啟動前的轉(zhuǎn)角為0度。 

從左面圖起，A相線圈接通電源產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開始異時針轉(zhuǎn)動；中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了10度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到20度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度為止，到了30度轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動，此時磁路最短。

磁阻電機(jī)工作原理示意圖-1

為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度前已切斷A相電源在30度時接通B相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，見下左圖，于是轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到40度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到50度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度為止。

磁阻電機(jī)工作原理示意圖-2

在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度前切斷B相電源在60度時接通C相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，見下左圖。轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到70度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到80度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度為止。

磁阻電機(jī)工作原理示意圖-3

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度前切斷C相電源，轉(zhuǎn)子在90度的狀態(tài)與前面0度開始時一樣，重復(fù)前面過程，接通A相電源，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，這樣不停的重復(fù)下去，轉(zhuǎn)子就會不停的旋轉(zhuǎn)。這就是磁阻電動機(jī)的工作原理。由于是運(yùn)用了利用磁阻最小原理，故稱為磁阻電動機(jī)；又由于電機(jī)磁場并非由正弦波交流電產(chǎn)生，其線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開關(guān)控制，故稱為開關(guān)磁阻電動機(jī)。

功率變換器與三相線圈連接示意圖

由于電機(jī)靠磁阻工作，跟磁通方向無關(guān)，即跟電流方向無關(guān)，故在上面運(yùn)行圖中沒有標(biāo)明磁力線的方向。 

A、B、C各相線圈輪流通電視乎簡單，實(shí)際情況要復(fù)雜些，線圈切斷電源后產(chǎn)生的自感電流不會立即消失，要提前關(guān)斷電源進(jìn)行續(xù)流；為加大力矩相鄰相線圈有電流的時間會有部分重合；調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩也要調(diào)整開關(guān)時間，各相線圈開通與關(guān)斷時間與轉(zhuǎn)子定子間的相對位置直接相關(guān)，故電機(jī)還裝有轉(zhuǎn)子位置檢測裝置為準(zhǔn)時開關(guān)各相線圈電流提供依據(jù)，何相線圈何時通斷必須根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到的位置與控制參數(shù)決定，這些都需要控制器對功率變換器進(jìn)行控制，控制器由微處理器（單片機(jī)）與接口電路組成。