中国矿大学者提出新电机结构，促进开关磁阻电机在电动汽车的应用

在此基础上，通过转子内外齿错开一定机械角度降低转矩脉动。首先介绍新型电机的工作原理及其设计方法；然后综合比较两种不同转子极数下的静、动态运行性能；最后试制一台4相16/18/16结构的样机，通过实验验证其工作原理的实际可行性和两种电机性能比较的正确性，为新型电机在电动汽车驱动系统领域的推广应用奠定一定的理论基础。

开关磁阻电机（Switched Reluctance Machine, SRM）作为一种无稀土类电机，相比于其他类型的电机，具有以下优势：

①可靠性高。兼具起动转矩大、起动电流小、过载能力强等优点；其各相可独立工作，具有一定的容错性；转子无永磁体，对环境工作温度要求低，不存在退磁风险。

②成本较低。定转子结构简单，仅采用硅钢片叠成，无需稀土永磁材料，转子无绕组。

③高效率平台较宽。虽然在额定点附近低于永磁电机，但是SRM可以在很宽的速度范围和不同负载状态下实现高效运行。

然而，由于开关磁阻电机的驱动转矩是由各相转矩叠加而成，加之其驱动运行依靠的是磁阻转矩，存在着转矩脉动大、功率密度低的固有缺点，严重限制了开关磁阻电机在电动汽车领域的应用推广。因此，亟需研究开发一种在提高功率密度的同时降低电机转矩脉动的新型结构开关磁阻电机，以加快其在电动汽车驱动系统中的应用。

为了提高传统开关磁阻电机在电动汽车应用领域中的竞争力，学者们常采用优化电机结构参数、优化电机拓扑结构和改变电机铁磁材料等方法提高传统开关磁阻电机的功率密度。此外，还有学者通过改善电磁路径、提高电磁空间利用率和机电能量转换率对电机结构进行改进，提出定子分块式、转子分块式、轴向磁通式、混合励磁式等电机结构。

上述方法均在一定程度上提高了电动汽车驱动电机的功率密度，但是由于基于传统单定子电机在尺寸固定情况下较大幅度提升电机的功率密度存在一定难度，有学者尝试在传统内转子电机内部增加一个内定子的双定子电机结构设计，旨从理论上能大幅度提升电机的功率密度。无稀土同心式双定子开关磁阻电机（Double Stator Switched Reluctance Machine, DSSRM）最早于2010年提出，内外定子均采用燕尾齿结构，电机转子采用分块结构；接着从电机设计、数学模型、绕组配置等方面开展了较为深入的研究，并将其与永磁同步电机进行对比，结果表明，DSSRM的转矩输出能力与永磁同步电机相当，但是单位材料成本转矩要优于永磁同步电机。

有学者提出了另外一种结构新颖的DSSRM，内外定子结构与传统SRM相同，但转子齿为分块结构；有学者对该电机的定转子极弧进行优化，在一定程度上降低了电机的转矩脉动。

上述两种新结构双定子电机在增加电机功率密度的同时，由于内外定子产生转矩的叠加，也增加了电机的转矩脉动。有学者则提出一种新型的DSSRM，通过转子内外齿错开一定机械角度降低了转矩脉动，但是在内外定子同时导通时，由于转子轭部极易饱和，导致该电机的功率密度不高。

通过对上述文献的总结发现，学者们不仅采用优化电机结构参数、拓扑结构和改变铁磁材料等方法，还从混合励磁、定子分块、转子分块、轴向磁通、双定子等新型结构设计角度提高电机的功率密度。研究发现，双定子开关磁阻电机可以显著提升电机的功率密度，使其转矩输出能力与永磁同步电机相当。

因此，中国矿业大学信息与控制工程学院的研究人员从改善电磁路径、提高电磁空间利用率和机电能量转换率角度，设计了一种磁场解耦型双定子开关磁阻电机（Magnetic Field Decoupled- Double Stator Switched Reluctance Machine, MFD- DSSRM），以提升电动汽车驱动电机的功率密度，并对两种常用的电机结构进行性能对比。

他们得出结论如下：

1）所提出的双定子开关磁阻电机内外定子磁场具有较强的磁场解耦特性。

2）所提出的转矩脉动抑制策略能够很好地抑制双定子开关磁阻电机的转矩脉动。

3）在励磁电流较低时，两种电机的静态转矩曲线几乎相等，但是随着励磁电流的增加，16/18/16 MFD-DSSRM的静态转矩开始逐渐大于16/14/16 MFD-DSSRM的静态转矩。

4）在低速时，16/18/16结构的转矩输出能力和转矩脉动优于16/14/16结构；在高速时，16/14/16结构的转矩输出能力优于16/18/16结构，但是16/18/16结构的转矩脉动优于16/14/16结构。