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开关磁阻电机发展概况

1发展简介

开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor,SRM)最早可以

追溯到1970年，英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁

阻电机雏形。到1972年进一步对带半导体开关的小功率电动机

(10w～1kw)进行了研究。1975年有了实质性的进展，并一直发展到

可以为50kw的电瓶汽车提供装置。1980年在英国成立了开关磁阻电

机驱动装置有限公司(SRDLtd.)，专门进行SRD系统的研究、开发和

设计。1983年英国(SRDLtd.)首先推出了SRD系列产品，该产品命

名为OULTON。1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。另外

SRDLtd.研制了一种适用于有轨电车的驱动系统，到1986年已运行

500km。该产品的出现，在电气传动界引起不小的反响。在很多性能

指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到

或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。下表是当时对几

种常用变速传动系统各项主要经济指标所作的比较。成

本1.01.51.0

美国、加拿大、南斯拉夫、埃及等国家也都开展了SRD系统的研制工

作。在国外的应用中，SRD一般用于牵引中，例如电瓶车和电动汽车。

同时高速性能是SRD的一个特长的方向。据报道，美国为空间技术研

制了一个25000r/min、90kW的高速SRD样机。我国大约在1985年才

开始对SRD系统进行研究。SRD系统的研究已被列入我国中、小型电

机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。华中科技大学开关
磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用SRD的纯电动轿车，在

“十五”项目中将SRD应用到混合动力城市公交车，均取得了较好的

运行效果。纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机，煤矿

牵引及电动车辆等，取得了显著的经济效益。

从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看，对SRD系

统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、

优化设计研究阶段。对SR电机、控制器、功率变换器等的运行理论、

优化设计、结构形式等方面进行了更加深入的研究。

2SRD系统的特点

SR电机系统具有一些很有特色的优点:

(1)电机结构简单、坚固、制造工艺简单，成本低，可工作于极高转

速;定子线圈嵌放容易，端部尺寸短而牢固。工作可靠，能适用于各

种恶劣、高温甚至强振动环境;
(2)损耗主要产生在定子，电机易于冷却;转子无永磁体高温退磁现象:

可允许有较高的温度;

(3)转矩方向与电流方向无关，因而可简化功率变换器，降低系统成

本。同时功率变换器不会出现直通故障，可靠性高;

(4)起动转矩大，低速性能好，无感应电动机在起动时所出现的冲击

电流现象。

(5)调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩-速度特性;

(6)在较广的转速和功率范围内具有较高的效率。能四象限运行，具

有较强的再生制动能力;

(7)有很好的容错能力，可以缺相运行。

这些优点使得SR电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调

速系统、牵引电机、高转速电机等方面的到广泛的应用。

早期的SRD由于很少考虑电机的噪声，所有的样机或产品都

具有相对较大的噪声，以至于成为SRD的一大特点而为人们接受。同

时，SRD还具有很大的转矩脉动。目前，转矩脉动和噪声这两个突出

问题已经制约了SRD的进一步推广和应用。随着研究的深入，降低

SR电机的噪声和减小转矩脉动成了SRD的研究热点。

3SRD系统构成

SRD系统主要由四部分组成:SR电机本体、功率变换器、控制

器及位置和电流检测器。它们之间的关系如图1所示:

图1开关磁阻电机驱动系统(SRD)框图

3.1SR电机本体

SR电机本体是SRD的执行元件，如图2所示开关磁阻电机

的电机结构原理图，电机为了增加出力而设计成双凸极结构，转子仅

由硅钢叠片叠压而成，既无绕组也无永磁体;定子各极上有集中绕组，

径向相对极的绕组串联，构成一相。其工作原理遵循“磁阻最小原

理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合，因此磁场扭曲而产生磁

阻性质的电磁转矩。若顺序给D-A-B-C-D相绕组通电,则转子便按逆

时针方向连续转动起来。当主开关管S1、S2导通时，A相绕组从直

流电源V吸收电能;当S1、S2关断时,绕组电流通过续流二级管D1、

D2将剩余的能量回馈给电源。

图2典型的4相8/6极SRM横截面图

3.2功率变换器

功率变换器是开关磁阻电动机运行时所需能量的供给者，是

连接电源和电动机绕组的功率开关部件。

80年代初，主开关器件皆用SCR。鉴于SRD电流脉冲峰值较

大，而SCR电