４ Ｒ电机的技术难点及解决方案 ｓ
Ｓ Ｄ系统的噪声和振动， Ｒ 早在ｓ Ｍ一面世就倍受关注， Ｒ 曾经被认为是Ｓ 机的不治之症。 Ｒ电 而对Ｓ Ｒ电机噪声和振动的研究， ０年代初才真正开始的。 是从９ 研究结果表明， 在每相绕组换相
点， 加在绕组上的电 化率越大， 压变 所激发的 振动和噪 越大。 声就 基于这 个认识， 是有了． 于 ‘ 两步换
开关磁阻电机在电动汽车中的应用及前景
田茂听 边敦新
（ 华中理工大学， 湖北武汉 ４０７） ３ ０４
摘要： 分析了电动汽车的应月前景以及对电力电子技术的要求 对于开关磁阻电机在电动汽车中的应用、 发履
及其重待解决的问题进行了评述．
关谧词 电力电子 电动车 开关磁阻 电机
有很大潜 力， 参考文献 ：
１刘 华徽 电 。 ８ ３ ４ 庆 ・特 机 １， ８ ０ ”‘ 一・
１ ９ ，８ 一 ８ ． ２ ４ ７ ９ １４
ห้องสมุดไป่ตู้
２ 刘迪吉． 开关磁阻调速电动机〔 ． Ｍ二北京 机械工业出版社， ９ １４ ， ３ ＪＰ Ｌｏ，Ｆｕ ／ ｒ 。 ｍ ｔ ｓ ｏ Ｓ Ｍ ｒｔ ｐｓｉ ｓｍ ｔ ｎ Ａ ．Ｅ Ｅ ＡＳＡ ｎ． ｅｎ ［ 一 一 ． ｙｎ． ｌ％ｃ 犷 士 ｅ ｏ 壬ｒ Ｒ ｏ ｒ ｉ ｎｅ ｉａｏ ［ 〕ＩＥ 一Ｉ ｕｅ 卜 ｄ ｏｏ ｔ ｏ ｔ ｉ ｎｕ Ｍｅｔ ｇＣ ， ‘ ４ ｌＨ ｓｌ ｏｏ ｐｓｌ ｅｓ ｇｉｓ ｉｈ ｒｌ ｔｎ ｍ ｔ ｄｉ ｂ 呀ｓ了 ｍ ｔａｙｎｕ比 丫１ ｇｓ ｕａ ｎＲ ｔ ｏｉ ｏｓｎｉ ｎ ｗｔ 记 ｅ ｃ ｃ ｏ ｒ ｒ ｒ ｔ ｏ ｎ ｃ ｕ ａ ｅ ｏ 耗ｓ ｙｍ ｕ１ ｕｕｌ ｉ ｃ ０ 舀ｅ 昭 ｌ 己 ０ ［二ＩＥ ｒ ． ｄＡ ｐｃ．１９，３）６５ ７－ ｒａ，Ｉ ｐｌａ，９屯（０：６一石２ Ｊ Ｅ Ｅ’ ｎ ｎ ｉ ５ ５Ｍ‘ Ｔ ｒ。 一ＲｐｌＭｉ ｉｔｎｉ 二ｒ ｅ ｅ ｃ 、 Ｍｏ ｒ Ｕ ‘ ｄ ａｔｏＦｚ Ｃ ｎ ｏ［」ＩＥ ． ｒ ｏ 。 ｉ ｅ ｏ ｚ ｉ ｏ５ ｃ ｄＲ ］ ｔ ｃ ｔ ｓ ｓ ｇＡ ｐｉ ｕ： ｏｔ ］ Ｅ Ｅ 尸 ｑ ｐ ｍ ａｏ ｈ ｕａ ｏ ｏ ｎ ｖ ｙ ｒ ｊ
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电机控制形式 ， 这将是提高Ｓ Ｒ电机应用地位的关键性技术， 日益成为大家关注的焦点。 Ｓ Ｒ电机的输出力矩脉动． 也是一个萦绕人们的问题。根据以前的经验， 它与异步机、 同步机相 比， 脉动力矩较为明显。 但是， 随着技术的发展。 特别是摸糊技术、 神经网络辨识等技术的突飞猛进， 己经有相应文献阁提出解决方案。对于ｓ Ｒ电机的非线性模型， 可以利用模糊技术、 神经网络辨识 对Ｓ Ｒ电机进行控制。这样可以充分利用它们的特性， 即不需要控制对象的精确数学模型， 简化对
相法”“ 、 三步换相法” 方法的提出， 等 都取得了 较好的效果． 由于Ｓ Ｒ电机需要位置检测器， 这在不同程度上增加了控制的复杂性 使无位置检测器的方 案・ 在近些年里不断涌现。 ｙｎ 等人 在１９年提出基于磁通／ Ｌ ｓ 川 ９１ ｏ 电流的ｓ Ｍ位置检测方法 Ｈ Ｒ ｕ
５ｎ 在１９ 年提出 ｏ 等人 ９４ ｉ 一种基于检 测相间 互感电 压的ｓ Ｍ位置 Ｒ 检测技 闭。 置传感器的Ｓ 术 无位 Ｒ
家用电器、 业应用、 工 伺服系统、 高速驱动， 特别是电动汽车用驱动系统中， 得到了成功应用， 其功率 范围也贾盖了 ｌｗ（００ｒｍｎ到 Ｓ ｏ ｌ０ｏ／ ｉ） Ｍｗ（ｏ ｒｎ的宽广范围。 ｓｒｎ ） ／ｉ 由于它结构简单的特性， 适合广大司机的日 常维护， 能够被大多数人更容易接受， 这是其它电 机难以匹敌的。 其调速性能好， 对于使用者来说， 更容易适合生理上的要求。 在能源匾乏的今天， 节 能是一个趋势，Ｒ电机的高效率， Ｓ 恰恰符合节能的要求。并且，Ｒ电机可以通过改变控制策略， Ｓ 使 它由电动机转变为发电机十分方便。这一切仅仅靠改变软件就能达到， 对于当今的计算机技术来 说 是件轻而易举的事情。 从电动机转变为发电机， 可以使汽车多余的动能， 例如汽车下坡时采用发 电机制动 即回馈了电能， 可以制动， 又 可谓一举两得。既节能． 又达到了预期效果。 作为日 常使用频率较高的电动汽车， 提高其可靠性， 为了 一般要采用混合型的驱动系统 这就 不可避免的增加了汽车的成本。然而， 作为结构简单的 Ｓ Ｒ电机， 成本低的特性又一次突出了它的
３ 开关磁阻电机在电动汽车中的应用
图３ 给出了应用开关磁阻电 机的电动汽车驱动系统的大致框图， 其中主要由三部分构成， 即 Ｓ Ｍ、 Ｒ 电力电 子器件和控制核心技术。传统的开关磁阻电 机的控制方式， 它的结构构成决定了。 由 开 关磁阻电 机的电 磁转矩的方向是由 相电流相对相电感的位置决定的， 并且电磁力矩的大小和转 子的位置有关， 所以对于它的控制， 需要添加电 机位置检测装置。 Ｒ电 ｓ 机采用脉冲电 流激励， 它的 瞬时转矩在一个激励周期随着转子位置和激励电流的变化而变化， 不是一个恒定值。 由干瞬时转矩 控制原则上具有最快的响应和最有效的转矩脉动消除，Ｒ电机的瞬时转矩控制的研究， ｓ 对于ｓ Ｄ Ｒ
系 动 性能具 重 意义。 ９ 年，ｃ ｓ 。 统的 态 有 要 王６ ｌ一ｐ ｇ ８ ｉ 。 Ｍ等人 理论 证明 Ｒ电 时 控 从 上 了ｓ 机瞬 转矩
制的可行性。 然而， 这种通过绕组磁链估算器构成开关磁阻电机驱动（Ｒ ） ｓ Ｄ 系统电流闭环控制技术 涉及到相电流的实时检侧和处理， 这在微处理器发展初期是无法实现的。 随着大规模集成电路和高 速数 字信号处 理器〔 Ｐ等技 ｓ Ｄ ） 术上的 断突 这使 Ｒ电 瞬时 控制成为 不 破， 得ｓ 机的 转矩 现在的 热点。 山于Ｓ Ｒ电机必须增加电机位置检测装置， 使得开关磁皿电机结构简单的特性被反馈量的增 加・ 控制起来较为麻烦所掩盖。但是， 式、 光电 磁敏式以 及编码式等轴位置检测技术已 经相当完善， 并且正广泛地应用于现在的ｓ 机驱动系统之中。 Ｒ电
／
图 １ 开关磁阻 电机结构Ｃ Ｅ
ａ 相电感 Ｌ Ｂ将以转子齿距角 ６为 （） ， 线重 合的位置为 ａ ５， ＝４ ０此位置的相 电感为最大 。如图 ２ 所示，
１ ７ ２
周期而变化ｒ
当 和时． 磁路不饱 开关磁阻电机产生的转矩为
式中 为相电流； Ｌ为相电感。
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图２ 开关磁阻电机工作波形
图 ３ 电动驱动汽车系统框图
可以看出： 开关磁阻电 机的电 磁转矩的方向 是由相电流相对相电感的位置决定的。电机运行 北／ ）。 声生正向力 作为电动机运行； 它运行于ａ／ ＜。 产生负向力 则电 拓 时， 矩， 而当 Ｌ 沁 时， 矩， 机运 行于发电方 式。 在图Ｚ 中， 为开通角， 为关断角。 ｂ ６ ， 。 ：
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１ ９ ２
独 到之处。 这使得Ｓ Ｒ电机更具 有竟争力。 ６ 结 论 目 ｓ Ｄ巫需解 前． Ｒ 决的问题是减小力矩脉动、 减小噪声、 提高单位电流出力， 采用无位置检测
器的方案以简化控制器的复杂性。 但是， 开关磁阻电机的调速性能好、 成本较低、 结构简单、 效率高等优点 仍使它的广泛应用， 具
Ｒ 机的控制困难。 ｓ电 这也为控制器的简单化提供了方 便。
输出力 矩大小也是电动机的性能指标之一。 在文献〔」 ６中提到， 对于Ｓ Ｒ电机， 可以通过改变电 机的设计参数， Ｓ 即 Ｒ电机改为整距绕组， 从而提高电机输出力矩的大小。
Ｓ Ｒ电机应用展望 Ｓ
什关磁阻电机作为一种新型机电一体化驱动系统， 以其调速性能好 、 成本较低、 结构简单、 效率 高等特点， 在短短 ２ 年的时间里， ０ 得到了较为产泛的应用， 取得了令人瞩目的成绩。其产品已经在
ｔ引 言
２ 世纪 ６ 年代， ０ ０ 汽车工业的飞速发展给人们带来了便利的生活‘ 缩短了世界的距离． 但同时． 也加剧了 全球化的环境污染。大量消耗本已不多的石油资源宁 带来了温室效应 资源的Ｉ乏． ｆ 也引
起了新一轮的新能源开发热潮。可循环利用能源， 成为新的热点。这使电动汽车得到了重视， 不 它 仅可以有效地利用能源， 而且可以提高空气质量。近十几年来， 尤其是欧美、 本等地， 日 电动汽车发
了一定的应用
２ Ｍ的原理及控制方式 Ｓ Ｒ
图１ Ｒ 所示Ｓ Ｍ为三相 ６４ ／ 结构。 它的定、 转子采用双凸 极结构， 硅 由 钢片 叠压而成， 传统电 与
叽不同之处是转子上没有任何形式的绕组、 永磁体、 滑环等‘ 定子上只有简单的集中绕组， 绕组端部 较知， 没有相间跨接线， 因此Ｓ Ｍ结构简单、 Ｒ 坚固， 运行时可靠性高、 维护量小。当转子位置变化 时． 各相磁路的磁阻和相绕组的电感也相应发生变化。如果忽略磁路饱和的影响， 把相绕组轴线和 转子齿轴线错开 ４＂ ５ 的位置定义为。 。 一。， 则该位置的相电 感为最小值。再定义相绕组和转子齿轴
展较快． 并且正逐步由 研制过渡到小批量商业生产。 奴通用、 宝马， 产等公司． 日 都已经有产品问世， 最高时速可达 ７ ｍ ｈ ３ｋ ！１ ０ ＇ 汽车用的驱动系统各不相同。但是它们都有电机制造复杂、 体积大、 成本高等缺点 开关磁阻 电机〔Ｒ 是近年来发展的一种新型机电一体化驱动系统 该电机以其调速性能好、 Ｓ Ｍ） 成本较低、 结 钩简单、 效率高等特点． 在迅速发展的调速电机领域内， 了 争得 一席之地［ 并在汽车驱动领域得到 Ｃ ｚ ７