偏磁式磁阻电机基本原理

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1、偏磁式磁阻电机基本原理——偏磁电机之一偏磁式磁阻电机(简称偏磁电机)，是磁阻电机的改进。其原始结构是在磁阻电机基础上，仅仅通过改进绕组，把每相绕组一分为二，分别作为励磁型偏磁绕组和驱动绕组而成。偏磁绕组通直流，驱动绕组用交流驱动。在此基础上再把励磁绕组去除，把定子铁芯稍作改变，用永磁偏磁替代励磁，便是永磁型偏磁电机了。磁路混合式磁阻电机和单凸极磁阻电机分别都是偏磁电机中的一种典型结构。一、概述磁阻电机(又称反应式电机)，一般被认为脉振大、效率低、驱动复杂，因此不象直流电机、异步电机、同步电机那样广泛应用，由于笔者对步进电机相对更加熟

2、悉，以下的磁阻电机主要以步进电机为例。开关磁阻电机等一般磁阻电机就当作大步距角步进电机考虑。近几十年来，开发无刷直流电机的同时，也发展了开关磁阻电机。但到目前为止对磁阻电机的研究还不够深入，理论还不够完善，性能指标也不够理想。相比直流电机单相力矩的表达式：M=CmIBScosq式中：Cm：力矩系数I：电流B：磁通密度S：线框面积q：线框平面与磁力线交角若使电流I为两相以上正弦交流电，通入相应两相以上绕组，式中力矩波动可以消除；再把定、转子位置、关系互逆，就成为同步电机了。多相正弦交流电，奠定了旋转磁场理论，可以解释直流电机、同步电机

3、、异步电机等三大类电机的原理。相对恒稳磁场与旋转磁场间的相互作用，是上述三类电机的基本特点。磁阻电机作为第四类电机，一直是以直流脉动电流作为驱动方式，其无脉振连续运转的基本理论尚未建立。磁路混合式电机，也曾被归类于同步电机，其核心理论至今没有完整解释，结构也不能有重大突破。经典磁阻式步进电机理论往往强调其步进原理，重视静力矩，过多地研究从一步过渡到另一步的脉动过程，而偏偏忽略了其连续运转的电机特性。所以说步进电机的理论，不完全符合电机理论。步进电机的结构，既使采用调频调压驱动电路，也仅是减小脉振的幅度；传统的平滑、细分驱动，不过是用

4、梯形波取代矩形波，电机低速运行的角速度，始终处于忽快忽慢周期变化状况。所以尽管磁阻电机结构简单、可靠、便宜，但仍不受重视。二、原理我们先看看普通步进电机工作状况。图1以三相磁阻电机为例，(b)为标准电路，(a)为驱动电流波形。在当前斩波式驱动电路普遍使用的情况下，低速时，电机电流相当于矩形波。矩形波可用频谱分析为：直流+基波+3次谐波+5次谐波＋……其中直流成分，保证总磁通始终为单向磁通，是磁阻电机正常工作所必须的。基波成分，相当于交流电机中，产生旋转磁场的那部分做功能量。三次、五次等高次谐波成分，是造成电机脉振、发热的有害成分。保

5、留直流成分和基波成分，消除谐波成分，磁阻电机就有可能在性能上与其它电机相媲美。因此，设置偏磁绕组，专门提供直流成分；驱动绕组采用星形对称连接法，利于基波生成，抑制高次谐波。三、改进要使这些理论成立，就有必要对磁阻电机传统结构进行一些改革。具体作法如下：(一)、改变绕组结构，将每一个绕组都一分为二，改成两个独立绕组，一个为驱动绕组，另一个为偏磁绕组。以三相电机为例，如图2所示，将各相驱动绕组尾端全部连在一起，并使之空置，首端引出，各为A、B、C端点（相当于三相交流电机的星形接法）。各相偏磁绕组首、尾串联，引出Ｘ、Ｙ两端点。偏磁绕组的这

6、种接法很类似于三相交流电机里的三角形接法，故也称之为角形联接。总之可简称为“星--角”联接法。同理，三相以上的多相电机，“星--角”联接法同样适用。作为一个实例，曾改制了一台原常州电讯电机厂（后来叫宝马集团）生产的110反应式步进电机，该电机刚好是双线并绕，只需简单将其接线改动后分为两个绕组，接成“星--角”联接后，便可直接替代同尺寸的混合式步进电机，用混合式步进电机的交流驱动电路，原有机械阻尼器可以拆除，运行效果很好，主要缺点就是发热大了一点。(二)、改变铁芯齿的分布状况。步进电机名称应该叫“电磁谐波减速电机”。步进电机是由螺线管

7、棘轮步进器发展而来，叫这个名字本不该有异议，但设计上把其当成间歇运动式电机，这就不对了。从棘轮步进器发展成轴向分相电机，继而到径向分相，无不留下间歇式传动的烙印。一个间歇式传动机构怎么能实现无脉振的平滑传动呢？定、转子同样齿数，定子每相只是强行向前移位1/m齿距，转子每一步都在棘轮式跳跃着前进，不但振荡，还出现所谓干涉现象。所以会有一种理论认为，三相电机选齿槽比为0.375就是要削去齿的重叠。这里提出齿的改进，就是要重新建立一个机械模拟，把跳跃式运动改为连续的齿与齿间的“啮合”运动。图3就是这种机械模拟，定、转子存在一个齿差K，叫K

8、齿差谐波齿轮模式。P等于电机每相定子有效工作磁极对数：K=2P。这种结构有利于吸收相切换时的振荡，使之减小到一个传动比的倍数：i=K/Nr(式中i为传动比，Nr为转子齿数)。混合式电机也是采用这种模式，混合式电机一对磁极中，有效工作磁