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開關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Machine, SRM）具有結(jié)構(gòu)堅固、成本低、可靠性高、調(diào)速范圍廣以及容錯性較高等優(yōu)點，近年來在國內(nèi)外工業(yè)界受到越來越廣泛的關(guān)注，并逐步在家用電器、伺服系統(tǒng)、牽引電機(jī)、高速電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電、航空航天及電動汽車等領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的市場競爭力。但同時，傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)（Conventional SRM, CSRM）也有轉(zhuǎn)矩脈動大、噪聲大和功率密度低等缺點。

為了解決這些問題，提高傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)的性能，人們將永磁材料（Permanent Magnet, PM）嵌入傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)的定子中，形成新的混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)（Hybrid- excitation SRM, HSRM）。

這種新型電機(jī)既保留了傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點，又將高性能稀土永磁材料應(yīng)用于電機(jī)之中，使得電機(jī)的磁場由線圈和永磁體混合勵磁產(chǎn)生，該電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩一部分來自原來的磁阻轉(zhuǎn)矩；另一部分來自新加入的永磁體的永磁轉(zhuǎn)矩。

因此，相比于傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)，混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩明顯增大，提高了電機(jī)的功率密度，減小了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，從而在一定程度上克服了傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)的缺點，這種新型電機(jī)在航空航天、電動汽車等領(lǐng)域具有顯著的研究和應(yīng)用價值。

國內(nèi)外高校、科研院所及企業(yè)對混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)開展了大量的研究。國外針對混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)的研究主要集中于兩類：一是在定子軛部安裝永磁體并加入輔助繞組；二是在定子槽口或定子極中安裝永磁體。國內(nèi)針對混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)的研究主要集中于兩方面：其一是在定子槽口處安裝永磁體；其二是在定子齒上安裝永磁體。

以上研究的混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)都是傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)的基礎(chǔ)上加入永磁體實現(xiàn)的，電機(jī)的結(jié)構(gòu)仍然和傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)類似，定、轉(zhuǎn)子鐵心采用整片硅鋼片疊壓而成。

為了提高傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)（CSRM）的輸出轉(zhuǎn)矩、功率密度，降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員丁文、李可、付海剛，在2022年第8期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，提出一種新型的三相12/10極模塊化定子混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)（MHSRM）。

該電機(jī)定子由6個U型定子模塊組成，每個U型定子塊兩極之間的槽口處嵌入永磁體。相比于傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)，由于采用了分塊定子結(jié)構(gòu)，該電機(jī)所用硅鋼片材料更少、質(zhì)量更輕；每個定子塊構(gòu)成獨立的磁路，提高了電機(jī)的容錯性，同時由于永磁體的加入，擁有更大輸出轉(zhuǎn)矩和功率密度。

圖1 三相12/10極MHSRM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

研究人員介紹了模塊化定子混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理。為了驗證該電機(jī)的良好性能，他們運用有限元方法對相同結(jié)構(gòu)尺寸的模塊化定子混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)、傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)和無永磁體的分塊定子開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）的靜態(tài)電磁場和電磁特性進(jìn)行對比，并分析了永磁體對模塊化定子混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的影響。

圖2 MHSRM和傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)樣機(jī)

研究人員最后制作相同尺寸的模塊化定子混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)和傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)樣機(jī)各一臺，對兩種電機(jī)的靜態(tài)電磁特性、穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能進(jìn)行實驗測試，并與6/5極結(jié)構(gòu)的模塊化定子混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行部分性能對比。

圖3 兩種電機(jī)系統(tǒng)實驗平臺

實驗結(jié)果表明，在相同情況下，相比于傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)和6/5極模塊化定子混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)，該12/10極模塊化定子混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)具有更大的輸出轉(zhuǎn)矩、更小的轉(zhuǎn)矩脈動、更大的轉(zhuǎn)矩密度、更強(qiáng)的起動響應(yīng)和帶載能力等。

本文編自2022年第8期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“一種12/10極模塊化定子混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī)分析”。