开关磁阻电机的春天?
建立一个“更好的”电动机(及其相关控制)，基于简单，坚固的设计，消除昂贵的永磁体-用户将成群结队地应用这项技术。嗯，考虑到目前的商业条件和潜在用户对开关磁阻(SR)技术的更清醒的评估，这个概念尚未被证明适用于开关磁阻(SR)电机。
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建立一个“更好的”电动机(及其相关控制)，基于简单，坚固的设计，消除昂贵的永磁体-用户将成群结队地应用这项技术。嗯，考虑到目前的商业条件和潜在用户对开关磁阻(SR)技术的更清醒的评估，这个概念尚未被证明适用于开关磁阻(SR)电机。
SR电机在商业产品中的应用(例如艾默生电机在美泰海王星洗衣机中的应用)在经历了一阵兴奋之后，在过去的几年里，SR电机的公开应用进入了平静期。这并不是说SR技术是新的。事实上，SR电机可能是最古老的电动机类型。它提供了一种形式的无刷直流设计早在这个术语被创造出来。
目前，SR技术的活动主要集中在更实用的利基领域，例如“引擎盖”汽车和工业应用，这些应用并没有成为头条新闻。
简单健壮
Baldor电气公司(Fort Smith, AR)的开关磁阻电机的主要优点是“结构简单，但本质上可靠”。例如，只有组装在轴上的钢片组成转子，没有绕组或保持架，如交流感应和电刷直流电机。
Baldor产品经理Bryan Lawson说:“这种所谓的被动转子设计要求定子的相位通过电子开关来产生一个移动的磁场，转子也跟着同步移动。”他解释说，显著极定子设计基本上消除了相对相的电气短路，特别是在使用脉宽调制调速控制时。
SR电机及其控制的性能优势包括高速能力(100,000 rpm并不罕见)，宽速度/扭矩范围内的效率，出色的耐热和耐振性以及高功率密度。
SR电机在失相后仍能以较低的扭矩输出继续运行，这是一些制造商提出的另一个好处。劳森称这种特点“很有趣”，尽管很少实用。如果SR电机在失去扭矩的情况下会‘跛行’，那么对于应用来说，它可能太大了。”
Emotron AB(赫尔辛堡，瑞典);美国办事处:托莱多，俄亥俄州)是一家长期生产开关磁阻产品的制造商，将SR的主要优势称为“坚固的无刷主力”。Emotron研发经理j
在达纳公司，汽车系统集团(渥太华湖，密歇根州)，对SR技术的兴趣集中在汽车应用。高级产品开发总监约翰·希基(John Hickey)同意之前提到的SR的优点，并将其添加到更容易冷却电机的列表中，因为转子中不会产生热量。此外，当汽车空转时，基于sr的交流发电机比其他设计选择产生更多的电力。此外，Hickey先生认为SR电机比竞争对手交流同步(伺服)和无刷直流电机具有其他明显的优势。
控制仍然至关重要
由于结构简单，SR电机在很大程度上依赖于控制电子设备来获得承诺的性能。SR控制中的数字信号处理器和特殊算法对于精确定时将电流脉冲馈送到电机绕组相对于转子和定子位置至关重要，所有这些都可以最大限度地提高扭矩产生。当电机位置反馈可用时，效果最好。Baldor的Lawson先生解释说，在更高的速度下，特殊的方法可以从驱动器测量的电机特性中获得位置数据，而不需要正式的反馈。
SR控制与其他类型的多相电机非常相似。一个不同之处在于，由于相对相电流不必是双极的(或反向的)，因此可以将功率开关设备的数量减少一半。然而，大多数集成电源模块供应商继续使用相同数量的电源器件。相反，连接被修改为允许硅中的多个结共享输出电流。”这样做的好处是，结温变化比单相解决方案中的结温变化要小，从而提高了电源设备的可靠性和寿命。”Lawson先生说。
Emotron表示，SR技术最近并没有取得真正的突破。仍然需要相当复杂的控制和电机设计的改进，以尽量减少扭矩脉动和噪音。从Emotron的角度来看，这并不能使SR成为扭矩质量或低噪音至关重要的应用的正确选择。”在这些应用中，交流感应和无刷直流拓扑都提供了一种更简单的方法，”Reinert先生说。
多年来，已经开发了特定的软件和仿真工具来处理SR电机的非直观设计。这种趋势已经改变，更强调实证方法。”目前的仿真工具在大多数情况下已经足够，可以作为实际测量和原型设计的补充，”Reinert先生说。
软件工具加强了控制。”控制设置算法的改进，可以表征未知电机的特征，这将使SR电机和驱动器的调试更容易，这些电机和驱动器可能不是作为匹配的一组设计的，或者是由不同的制造商提供的，”Baldor的Lawson先生补充道。
限制消极因素
SR电机和控制器在低速下(甚至在零速度下)产生高扭矩的能力导致其缺点。产生扭矩的相对相电流脉冲也会激发电机结构，产生类似于锤击的噪音，并且扭矩波动比其他类型的电机更大。劳森说:“如果在项目执行的早期没有考虑到，固有的噪音产生可能会导致最终产品令人失望。”
SR驱动器在许多需要高扭矩的应用中仍然具有吸引力，但可以容忍一些扭矩波动和噪音。
Dana公司的Hickey先生认为，SR电机的噪声和转矩波动相互依赖的问题可以通过仔细关注设计细节来“妥善管理”，例如相位数量的选择，转子和定子上的齿数(见侧栏图)，以及齿的适当形状。在线圈中形成电流脉冲的软件方法也可以在有限的基础上进一步减少噪音和扭矩波动。”总的来说，今天有更好的设计分析工具来帮助SR电机和控制开发人员。
在限制范围内，SR驱动器也可以用于闭环伺服运动控制。Baldor Electric提到了启停应用，例如切割到长度，其中将负载从一点移动到另一点是主要目标，很少关注传输过程中的扭矩波动(或由此产生的速度波动)。然而，具有更高精度的应用，如CNC加工，将被禁止。
减少SR电机固有的负面影响是学术界和工业界，特别是在欧洲激烈的研发工作的主题。根据Baldor的说法，电流平滑减少脉冲电流的“锤击”效应是新型SR控制中使用的一种方法。然而，这种改进是以扭矩产生为代价的。其他方法将电流控制与振动源的阻尼以及电机设计中的其他机械抑制相结合。”然而，如果不将性能降低到不合理的水平，噪音不太可能[大幅]降低……”劳森先生说。
SR的合适时间?
有人说，最近对应用SR电机和控制的兴趣已经达到顶峰，其他人不同意。在某种程度上，不当的应用程序选择导致了一些SR解决方案的不完全成功。
Emotron指出，在过去两年中，人们对SR技术的兴趣有所下降。”只要没有什么全新的东西出现，交流感应驱动和无刷直流将是大多数用户的主要选择，”Reinert先生说。此外，该公司认为一些有问题的营销行为损害了SR的形象。”一些《SR》玩家的激烈营销和巨大承诺让许多潜在用户感到失望，并对《SR》产生不信任，这将很难克服。”即便如此，Emotron将SR技术和产品视为其驱动器业务的重要组成部分，并继续开发现有和新的OEM应用程序。
在20世纪90年代末，SR技术引起了人们的极大兴趣，并导致了使用SR电机的商业和工业产品，Motorsoft公司(黎巴嫩，OH)总裁、SR电机在美国的先驱开发商詹姆斯·汉德肖特(James Hendershot Jr.)解释说:“不幸的是，最初对SR技术的宣传过于热情，有时高估了它的优点和能力。”亨德肖特先生解释说，可能最著名的例子是一个被广泛接受的，成功的产品结合了SR电机，这迫使竞争对手重新考虑他们的逆变器驱动，感应电机为基础的设计。
然而，即使是这个看似成功的应用程序也随着市场的反复无常而褪色。截至2002年年中，最新型号的美泰洗衣机恢复到更传统的感应电机/驱动设计。据报道，由于SR电机的性能无法完全匹配，因此还需要进行其他设计更改。考虑到SR电机的销量较低，与大规模生产的感应电机相比，价格成为一个问题。
Motorsoft Inc.看到了一些迹象，表明人们对SR技术的兴趣正在减弱。该公司还是一个名为Brivit的大型SR机器数据库的美国营销代理。注册了商标的网站(www.brivit.com)包含近10,000份文件。
CE 1999年11月关于SR技术的文章中没有提到一些公司。一个已经停业了，一个被收购了，其他的选择不参与本文，尽管声明新的SR项目正在开发中。(更多SR来源见方框。)
Baldor Electric认为，SR驱动技术的成功集成非常依赖于应用。”Lawson先生说:“随着时间的推移，与相似之处相关的设计、制造和性能挑战(在许多不同的安装中仍在评估)将推动SR技术达到更高的发展水平，并在各种行业中得到更广泛的应用。”
“SR技术在汽车行业的应用才刚刚起步，”Dana Corp.的希基满怀热情地展望道。在独特的应用中，他引用了一个SR启动/交流发电机(见文章的第一张照片)，比现有的交流发电机系统效率高40%。在电动助力转向和涡轮增压器增压方面的其他应用可能非常适合SR机器，”他总结道。
当我们正在经历一个寒冷的冬季时，新的、更专注的小众应用可能会推动开关磁阻技术进入另一个春天。
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回顾SR电机的基础知识
机械结构简单是开关磁阻电动机最明显的特点。SR电机除电刷和换向器外，还消除了永磁体。定子由形成凸极的钢片组成，凸极上绕有一系列线圈，它们以相对独立连接。不需要绕组，转子基本上是一块钢(和片)形成凸极。SR电机是唯一在转子和定子上都有凸极的电机类型。
要操作SR电机，电流在相线圈绕组之间按顺序“切换”，以形成旋转磁场。“磁阻”是指磁路的阻性，也称为磁阻。当相位电路(或一对定子极)通电时，转子移动到与定子极对齐的位置(见图)。各相电路的磁阻随转子位置的变化而变化，但当转子和定子磁极对对齐时磁阻最小。
然而，要使这些发动机蓬勃发展，还需要做更多的工作。SR控制器的相-相切换必须精确地与转子位置同步，以获得平稳旋转和最佳转矩输出。某种形式的转子位置反馈是需要适当的控制。与传统的电机类型相比，电机设计是不直观的。软件工具对于设计和分析SR电机的不那么简单的磁路是必不可少的。
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更多关于SR发展和应用的信息:即将发布。
参见“CE, 1999年11月”。
其他SR技术提供商包括:
阿美特克羔羊电器
爱默生汽车
Radio-Energie
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