文 献 综 述

开关磁阻电机(switched reluctance motor ，SRM)采用双凸极结构，定子上绕有集中式绕组，转子无永磁材料和绕组，具备结构简单、坚固等特点，适于高速运行和恶劣的工作环境。同时，SRM优异的容错运行能力也拓宽了其应用领域，在航空航天、 电动汽车、船舶、分布式电源系统以及精密加工、纺织机械、飞轮储能、半导体加工等诸多场合具有良好的应用前景，尤其在一些诸如航空发动机、核电站等需要工作在高温、高速、高污染、强电磁干扰和核辐射等极端条件下的应用场合具有独特的应用优势。然而，要保证SRM可靠运行和高性能控制，就必须准确的获取转子位置信息。传统的光电式、电磁式以及磁敏式等位置或转速传感器的引入不仅会增加系统的成本和复杂度，而且降低了系统的可靠性，从而限制了SRM的应用范围。因此，研究具有容错功能的无位置传感器技术对于充分发挥SRM的高速性、环境适应性、以及强容错运行能力具有重要的意义。

一、 开关磁阻电机的发展概况

无位置传感器技术一直是开关磁阻电机研究中的热点问题,目前主要的国外研究机构有美国德克萨斯大学、艾克朗大学、俄亥俄、州立大学、威斯康辛麦迪逊大学和弗吉尼亚理工大学,英国的剑桥大学和利兹大学,日本的明治大学、东京理工学院,新加坡国立大学,印度科学院;国内主要研究机构有浙江大学,天津大学,西北工业大学和南京航空航天大学等;另外,一些著名的公司如GE、Emerson、Switched Reluctance Drives Ltd等也都开展了相关的研究。但目前的研究仍处于原理验证阶段,并没有相关的产品问世。

SRM由于其特殊的双凸极结构、磁路高度饱和以及涡流和磁滞效应明显等特点,使得其电磁特性与绕组电流、转子位置角呈高度非线性关系。而无位置传感器技术是利用电机的相电流、相电压等可测电信号,来估计磁链、自感、增量电感以及反电势等电磁特性参数,并利用这些电磁特性参数与位置角、相电流之间的非线性关系来间接获取转子位置信息,从而实现转子位置估计和无位置传感器运行。关于SRM无位置传感器技术的研究自20世纪80年代中期就有持续的相关报道。自1985年由Acarnley教授等人提出”相电流波形法”以来,SRM无位置传感器技术就开始引起高度重视,诸如调制解调法、高频冲注入法、互感检测法、磁链/电流法、电流梯度法、电感模型法、反电势估计法、智拟合法以及观测器系列算法等多种位置估计算法被相继提出。从现有文献来看,目前所提出的各种算法都各有特色,但尚未建立一套完整的适合全转速范围的无位置传感器术。

二、 开关磁阻电机的工作原理

开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理,即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。因此,它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构,并且定转子极数不同。

开关磁阻电机的定子和转子都是凸极式齿槽结构。定、转子铁芯均由硅钢片冲成 一定形状的齿槽，然后叠压而成。

电机定子和转子呈凸极形状，极数互不相等，转子由叠片构成，定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场，转子带有位置检测器以提供转子位置信号，使定子绕组按一定的顺序通断，保持电机的连续运行。电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化，因为电感与磁阻成反比，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大，当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。

三、可容错开关磁阻电机无位置传感器控制的背景和意义