不用磁铁的开关磁阻电机是电动汽车的未来吗？

在磁阻电机中，电机的转子仅由电气片组成，转子没有永磁体、绕组和短路笼，磁阻电机的制造成本非常低。由于转子中缺少励磁，功率密度低于永磁同步电机。另一方面，磁阻电机没有齿槽转矩，在发生短路时具有更高的安全性。由于转子没有绕组或永磁体，因此磁阻电机可以很好地冷却，并且非常耐高温，气隙对磁阻电机的效率影响很大，不应大于0.8mm。

磁阻电机类型

磁阻电机有两种类型，开关磁阻电机（SRM）和同步磁阻电机（SynRM）。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，因此运行时更安静。此外，同步磁阻电机的效率高于开关磁阻电机。这是因为开关磁阻电机需要更高的相电流，而同步磁阻电机的磁通密度更低。

同步磁阻电机

同步磁阻电机的定子结构与感应电机几乎相同，转子由一个圆形叠片铁芯组成，磁通量阻挡层冲压而成。转子不适用于高速，因为对于高速，必须在磁通屏障中插入额外的磁条以保证速度刚度。然而，这些网格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更便宜。然而，必须使用具有足够分辨率的位置传感器来实现良好的控制和调节。

开关磁阻电机

开关磁阻电机 (SRM) 也称为SR电机，开关磁阻电机的定子和转子由凸极组成，。定子有一个集中绕组，这意味着每个齿承载一个绕组。线圈直接绕在定子齿上，也可以绕在骨架上，然后插入定子齿中，以获得更高的线圈填充系数，凸极转子没有磁铁和绕组。定子极数和转子极数必须不同。通常，定子中的极数大于转子中的极数。典型的组合是 6/4，即6个定子极和4个转子极。由于转子仅由一个叠片组成，因此开关磁阻电机特别适用于非常高的速度。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即可。

开关磁阻电机具有更高的转矩脉动，这使得电机比同步磁阻电机等噪音更大。转矩脉动来自电机所需的较高相电流，用于开关磁阻电机的逆变器或电力电子设备比用于同步磁阻电机的更昂贵，例如，因为高相电流。另一方面，位置传感器的分辨率可能较低，从而允许使用更便宜的传感器。

开关磁阻电机也称为可变磁阻电机，由于其简单而坚固的结构，在电动汽车和风能系统等工业应用中越来越受到关注。与感应电机、永磁同步电机和无刷直流电机等其他类型的电机相比，开关磁阻电机具有更高的效率、更好的可靠性、更高的容错性、更高的恒功率速比 (CPSR) 和耐高温性。电力电子转换器及其最新控制技术的发展是开关磁阻电机大量使用的主要原因。

在自然界中，无论我们有流体、电流还是磁场，它们都喜欢流过阻力最小的路径，只有阻力最小的路径，这意味着更高的电感。这就是开关磁阻电机的基本工作原理。它被称为切换的原因是一旦定子和转子磁极对齐，它就会快速切换到下一相位，以便转子继续追逐被激发的相位，因此在转子中产生磁阻转矩。

开关磁阻电机的主要优势

结构简单坚固、无磁无刷电机、更高的可靠性和效率、减少材料成本和制造时间、重量更轻，复杂性更低、改进的热性能。

设计挑战

构建用于电磁、热和结构分析的2D/3D电机几何结构，基于有限元的软件中的材料类型、绕组配置及其激励设置，获取电机静态和动态性能特性，例如电磁转矩、转矩脉动、电感与转子位置、磁线圈磁链等，估算基本速度和最大速度运行期间的铁芯和绕组损耗，在恒转矩和弱磁运行模式下评估电机特性。

结论

通过使用有限元分析工具展示和分析了开关磁阻电机的静态和动态特性，事实证明，开关磁阻电机可以作为替代解决方案来满足汽车行业日益增长的电气化需求，而无需永磁体。然而，电机拓扑结构的选择是电动汽车的约束条件和性能要求之间的权衡。