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在之前的文章中，我们提到过磁阻电机，它是一种同步电机，但是它和普通的直流励磁同步电机和永磁同步电机都不同。

虽然定子都差不多，但是磁阻电机转子上没有线圈，也没有永磁体，更没有像感应电机那样的短路“鼠笼”。

记得在讲直线电机工作原理时，用通电导线在磁场中受力来解释运动的原理，但磁阻电机转子上既没有线圈，也没有感应电机那样的“鼠笼”，那是靠什么力推动转子转动呢？

其实，磁阻电机是利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用齿极间的吸引力拉动转子转动。

等一下，什么是磁阻？

能用图片说明磁阻电机是如何工作的吗？

步进电机和磁阻电机有什么关系？

直线磁阻步进电机又是怎么工作的？有什么用？

01

什么是磁阻

其实磁阻（MagneticReluctance＝Reluctance）有点类似于电阻。

我们知道，在电路中，电阻会抵抗电路中的电流流动并耗散电能。

类似地，磁阻会阻碍磁路中磁通量的产生，但它不会引起能量耗散，而是存储磁能。

下面用一张图来说明磁阻的含义。

上图中，铁芯聚集磁通，铁芯截面积越小或者铁芯越长，磁阻越大，导致变压器输出端感应电流也就减小。下图显示当电机转子齿形（此处仅显示一个齿形）越靠近定子齿形，磁阻越小。

02

磁阻电机的结构

磁阻电机的定子和同步电机定子一样，主要结构是绕组。

不同之处在于转子。

在磁阻电动机中，电机的转子仅由电气片组成，没有永磁体、绕组和短路笼，所以磁阻电机的制造成本非常低。

由于转子中缺少励磁，所以功率密度低于永磁同步电机。另一方面，由于转子没有绕组或永磁体，磁阻电机可以很好地冷却，在高温下也非常坚固。气隙对磁阻电机的效率影响很大，不宜大于0.8mm。

磁阻电机分为开关磁阻电机和同步磁阻电机。

典型开关磁阻电机的结构：定子主要结构是绕组，转子主要由带凸极的钢片堆叠而成（堆叠减少涡流损耗）。

磁阻电机的结构：开关磁阻电机采用集中绕组，而同步磁阻电机采用分布绕组。与开关磁阻电机相比，同步磁阻电机的转矩脉动更小，因此运行更安静。此外，同步磁阻电机比开关磁阻电机具有更高的效率，因为开关磁阻电机需要较高的相电流，而同步磁阻电机的相电流较低。

磁阻电机定子结构示意图：左边是分布式绕组，右边是集中式绕组。

同步磁阻电机结构示意图。

同步磁阻电机（SynchronousReluctanceMotor）定子的结构与感应电机的定子结构几乎相同。转子也由感应电机改进而成，由圆形叠片铁芯组成，叠片上通常会开一些缺口或者弧槽气隙，作为磁通量屏障。当电机启动时，它通过“感应”接近同步速度，然后通过转子磁通屏障产生的磁阻转矩锁定同步。

同步磁阻电机转子不适合高速，因为对于高速，必须将额外的圆棒插入磁通屏障以保证速度刚度。然而，这些圆棒的插入对电机的效率有负面影响。

同步磁阻电机的转矩脉动比开关磁阻电机小得多，效率也远高于开关磁阻电机。由于同步磁阻电机具有较低的相电流，因此其逆变器或电力电子设备的成本较低。

3种不同的开关磁阻电机结构：（a）径向磁通开关磁阻电机（b）双凸极带直流场绕组磁阻电机（c）双凸极带永磁铁磁阻电机。来自ChristopherH.T.Lee*,ChunhuaLiuandK.T.Chau.AMagnetlessAxial-FluxMachineforRange-ExtendedElectricVehicles.。

开关磁阻电机的结构。

开关磁阻电机（SwitchedReluctanceMotor＝SRM）的定子包含绕组，类似于无刷直流电机，但转子仅由钢片冲压叠制而成，呈凸极形状，没有绕组或磁铁。为了避免转子和定子的所有极同时对齐（此时不产生扭矩），开关磁阻电机转子上的极数少于定子上的极数，典型的组合是6/4，即6个定子极和4个转子极。

开关磁阻电机的生产相对简单，因为绕组可以预绕，只需将其推到定子的齿上。开关磁阻电机具有更高的转矩脉动，这使得电机的声音比同步磁阻电机更大。转矩脉动来自电机所需的较高相电流。同时，由于高相电流，开关磁阻电机的逆变器或电力电子设备比同步磁阻电机更昂贵。

03

磁阻电机的工作原理

上面我们了解了磁阻电机的基本结构，接下来我们用简化的示意图，来说明磁阻电机的工作原理。

当转子和定子磁极不对齐时，它们之间的磁路具有很高的磁阻。

当定子极对通电时，转子转动以与通电的定子极对齐，从而最大限度地减少磁路的磁阻。

转子移动到最小磁阻点的这种趋势产生了所谓的磁阻转矩，这就是磁阻电机的工作原理。

开关磁阻电机的工作原理：当电压施加到定子绕组AA’上时，电流产生流过定子和转子的磁通量。根据最小磁阻原理，转子将会沿磁通的磁阻变小的方向转动，图示会逆时针转动。当转子到达最低磁阻位置时，扭矩会归零，也就是从位置（b）转动到位置（c）。为了获得连续的旋转运动，必须向下一个绕组BB’施加电压。

上图中，由于电机磁场并非由正弦波交流电产生，线圈电流通断和磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电机。

开关磁阻电机各相线圈开通与关断的时间，与转子和定子间的相对位置有相关，所以一般还会装配转子位置检测装置，为准时开关各相线圈提供依据。

开关磁阻电机工作原理示意图：定子绕组（未显示定子绕组）不停地改变通电相，产生旋转磁通，磁通流过定子和转子结构形成磁通回路，按照最小磁阻原理，当转子与定子某极对其时磁阻最小，于是转子转动起来。

开关磁阻电机闭合磁通路示意图：图示在最小磁阻位置。与在大多数情况下在开环模式下运行的混合式步进电机不同，开关磁阻电机需要来自编码器或霍尔效应传感器的位置反馈，以根据精确的转子位置控制定子电流的换向。

同步磁阻电机工作原理：通过定子绕组的交流电在电机的气隙中产生旋转磁场，当转子试图通过外加磁场建立闭合磁通（如图中闭合线），以使磁路中的磁阻最小化时，就会产生转矩。在同步磁阻电机中，磁场由正弦分布的定子绕组产生。磁场以同步速度旋转，可以认为是正弦的。

一种磁阻电机和磁滞电机的结构对比，来自

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