电机装置磁阻的设置与使用

目前，以横向磁场电机为代表的交流永磁电机的应用日益受到人们的关注。

但是这一独特的结构会带来分析方法和制造工艺的复杂性，同时，较高的电枢
反应电势导致功率因数偏低，以及损耗和变频器容量增加，这些将限制其实际
应用。
　　为利用横向磁场电机结构的优点并避免永磁电机低功率因数带来的问题，
横向磁场开关磁阻电机受到了一定的重视。在开关磁阻电机研究中，可使用与普
通交流电机功率因数相似的一个表征输入能量转换为有用输出能量比率的概念，
其大小与电机最大、最外位置的磁路饱和情况有关，一般可做到

0. 6 以上。本文

着重分析了横向磁场开关磁阻电机电磁设计与重要参数的计算方法。
　　

1 理论分析 1. 1 电机结构本文设计的由单相模块构成的外转子横向磁场开关

磁阻电机单相结构示意图。
　　二相样机的

A、B 相转子模块分布在一根轴线上；而定子模块间则错开半个

极距，以便使各绕组在电气上分为

180°电角度，构成两相绕组。样机的定、转子

铁心结构件以及外壳均由合金铝锭经车、铣加工制成。由于电机气隙较小，相数
（轴向模块数）考虑的主要因素为外转子结构的机械强度及高速运行时的可靠
性。需要说明的是，电机运行时，三相以下的结构不具备自起动的能量。而实际
应用中电机也不一定由二相组成。为便于使用更多的独立电机模块进行串联研究
本样机设计为具有双端轴伸的结构。
　　

1. 2 转矩密度方程对于开关磁阻电机，由于运行过程中存在磁路饱和与严

重的非线性，电机一个周期内产生的磁阻转矩必须使用

Ψ（ i，θ）曲线在 Ψ- i

平面上所围的磁共能面积来表示：

T =ΔW /Δθ（1）其中：ΔW =

∮iΨ（i，θ）d 

i；Δθ=θr =2π/n p。
　　当电机以平稳的角速度

ω 旋转时，假设定子极与转子极临近交叠时，该相

绕组的方波电流达到最大值

I m，而当定子极与转子极中心线重合时方波电流又

立刻降为

0.这样得到的磁共能曲边三角形 ΔW 所围面积通过引入一个能量转换

系数

K c 可表示为 ΔW = K cΨm I m（2）式中，Ψm 为定转子对齐位置时电枢匝

链的磁链值。如果忽略齿槽边缘效应，每极绕组最大磁链

Ψm =πn p B g l Feαb 2 

D gαq W（3）式中：B g―――气隙磁密，可看作电机的磁负荷；l Fe―――铁
心有效长度；

D g―――定子气隙内直径；W―――每相绕组匝数；αq―――凸

极齿的极弧系数；

αb， b p―――极靴长度。其中，αb =2 b p / l Fe； b p =0。5αb l 

Fe。
　　由此导出绕组产生的磁阻转矩

T = 1 2 n p K c B g l Feαb 2 D gαq W I m（4）

若引入电流系数表示绕组电流有效值

I = K i K m I m，用线负荷定义表示电流 I 

m = A l Fe /W ，则 T =π4 K c K i K mαb l FeπD g /n pαq AB g D 2 g l Fe（5）式中，
 K c 为电机的广义能量比率。
　　由于电机位于非线性情况下进行斩波运行，该能量比率为

0.　6 左右； K i

为电流由方波峰值到有效值的转换系数，其值为

1。4； K m 为电流波形系数，

一般情况下为

0。

　　

8.横向磁场开关磁阻电机的转矩密度与电机的等效轴向长度及极距之比

λ=αb l Fe /τ 有关。只有当 λ 取合适值时，转矩密度才能超过相同电枢直径体积的
径向磁场电机。要注意的是，适当增加电机轴向极靴长度，有利于提高电机的转