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上图中，铁芯聚集磁通，铁芯截面积越小或者铁芯越长，磁阻越大，导致变压器输出端感应电流也就减小。下图显示当电机转子齿形（此处仅显示一个齿形）越靠近定子齿形，磁阻越小。

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磁阻电机的结构

磁阻电机的定子和同步电机定子一样，主要结构是绕组。

不同之处在于转子。

在磁阻电动机中，电机的转子仅由电气片组成，没有永磁体、绕组和短路笼，所以磁阻电机的制造成本非常低。

由于转子中缺少励磁，所以功率密度低于永磁同步电机。另一方面，由于转子没有绕组或永磁体，磁阻电机可以很好地冷却，在高温下也非常坚固。气隙对磁阻电机的效率影响很大，不宜大于0.8mm。

磁阻电机分为开关磁阻电机和同步磁阻电机。

典型开关磁阻电机的结构：定子主要结构是绕组，转子主要由带凸极的钢片堆叠而成（堆叠减少涡流损耗）。

磁阻电机的结构：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，因此运行更安静。此外，同步磁阻电机比开关磁阻电机具有更高的效率，因为开关磁阻电机需要较高的相电流，而同步磁阻电机的相电流较低。

磁阻电机定子结构示意图：左边是分布式绕组，右边是集中式绕组。

同步磁阻电机结构示意图。

同步磁阻电机（Synchronous Reluctance Motor）定子的结构与感应电机的定子结构几乎相同。转子也由感应电机改进而成，由圆形叠片铁芯组成，叠片上通常会开一些缺口或者弧槽气隙，作为磁通量屏障。当电机启动时，它通过“感应”接近同步速度，然后通过转子磁通屏障产生的磁阻转矩锁定同步。

同步磁阻电机转子不适合高速，因为对于高速，必须将额外的圆棒插入磁通屏障以保证速度刚度。然而，这些圆棒的插入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的成本较低。

3种不同的开关磁阻电机结构：（a）径向磁通开关磁阻电机（b）双凸极带直流场绕组磁阻电机（c）双凸极带永磁铁磁阻电机。来自Christopher H. T. Lee *, Chunhua Liu and K. T. Chau. A Magnetless Axial-Flux Machine for Range-Extended Electric Vehicles.。

开关磁阻电机的结构。

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor＝SRM）的定子包含绕组，类似于无刷直流电机，但转子仅由钢片冲压叠制而成，呈凸极形状，没有绕组或磁铁。为了避免转子和定子的所有极同时对齐（此时不产生扭矩），开关磁阻电机转子上的极数少于定子上的极数，典型的组合是 6/4，即 6 个定子极和 4 个转子极。

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。开关磁阻电机具有更高的转矩脉动，这使得电机的声音比同步磁阻电机更大。转矩脉动来自电机所需的较高相电流。同时，由于高相电流，开关磁阻电机的逆变器或电力电子设备比同步磁阻电机更昂贵。

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磁阻电机的工作原理

上面我们了解了磁阻电机的基本结构，接下来我们用简化的示意图，来说明磁阻电机的工作原理。

当转子和定子磁极不对齐时，它们之间的磁路具有很高的磁阻。

当定子极对通电时，转子转动以与通电的定子极对齐，从而最大限度地减少磁路的磁阻。

转子移动到最小磁阻点的这种趋势产生了所谓的磁阻转矩，这就是磁阻电机的工作原理。

开关磁阻电机的工作原理：当电压施加到定子绕组AA’上时，电流产生流过定子和转子的磁通量。根据最小磁阻原理，转子将会沿磁通的磁阻变小的方向转动，图示会逆时针转动。当转子到达最低磁阻位置时，扭矩会归零，也就是从位置（b）转动到位置（c）。为了获得连续的旋转运动，必须向下一个绕组BB’施加电压。

上图中，由于电机磁场并非由正弦波交流电产生，线圈电流通断和磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电机。

开关磁阻电机各相线圈开通与关断的时间，与转子和定子间的相对位置有相关，所以一般还会装配转子位置检测装置，为准时开关各相线圈提供依据。

开关磁阻电机工作原理示意图：定子绕组（未显示定子绕组）不停地改变通电相，产生旋转磁通，磁通流过定子和转子结构形成磁通回路，按照最小磁阻原理，当转子与定子某极对其时磁阻最小，于是转子转动起来。

开关磁阻电机闭合磁通路示意图：图示在最小磁阻位置。与在大多数情况下在开环模式下运行的混合式步进电机不同，开关磁阻电机需要来自编码器或霍尔效应传感器的位置反馈，以根据精确的转子位置控制定子电流的换向。

同步磁阻电机工作原理：通过定子绕组的交流电在电机的气隙中产生旋转磁场，当转子试图通过外加磁场建立闭合磁通（如图中闭合线），以使磁路中的磁阻最小化时，就会产生转矩。在同步磁阻电机中，磁场由正弦分布的定子绕组产生。磁场以同步速度旋转，可以认为是正弦的。

一种磁阻电机和磁滞电机的结构对比，来自www.bodine-electric.com。

磁阻电机和磁滞电机的扭矩速度关系对比，来自www.bodine-electric.com。

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直线步进电机

因为步进电机也利用磁阻原理来驱动，所以这里也简单聊聊直线步进电机。

直线步进电机分为两种，可变磁阻式步机电机和混合型步进电机。

上图是直线磁阻步进电机，下图是混合式直线步进电机，它们的工作原理类似于旋转磁阻电机。当线圈通电，磁通流过动子和定子，形成回路。如图，动子后面的两个齿和定子对齐时，磁阻最小。变换通电线圈，可以让动子不断移动。混合型步进电机在可变磁阻电机基础上加了永磁体，以增强磁通，增大电机出力。

可变磁阻式直线步进电机示意图。

可变磁阻直线步进电机通常在三相闭环控制下运行，也就是说，当驱动器通过脉冲串为线圈通电时，带有层压磁钢叠层的定子会吸引动子（最小磁阻原理）。

这种电机在较高速度下表现出较小的扭矩下降，比混合线性步进电机成本更低。

混合式直线步进电机示意图。

直线混合式步进电机结构示意图：动子和定子都有齿，定子中埋有线圈，用来产生磁通量，而永磁体用来增强磁通量。磁通量会穿过齿形，在最小磁阻位置形成最短闭合磁路。

混合线性步进电机加入了磁铁以增强磁通，具有高制动扭矩，通常也具有低惯性，可以高速运行。

混合线性步进器通常在两相开环控制下运行，它的主要缺点是价格较高。

直线步进电机产生的力不如直线电机大，常用来驱动小型自动化，机器人中的线性轴，因为它们准确且加速迅速。

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步进电机的工作原理

上面提到了步进电机，其实磁阻式步进电机就是利用磁阻原理做的电机。

这里简单回顾一下步进电机，更多内容可以参考之前写的步进电机那篇。

步进电机的分类：可变磁阻式，永磁式和混合式步进电机。

磁阻步进电机，永磁式步进电机，混合式步进电机的结构示意图。

混合式步进电机剖视图：混合式步进电机结合了永磁（PM）和可变磁阻（VR）步进电机的两方面。与永磁电机一样，它们在转子齿中包含一个永磁体。两组称为杯的齿环固定在转子上，一环全是南极，另一环全是北极。

混合式步进电机爆炸图，这个很详细。

混合式步进电机结构示意图。

混合式步进电机简化图。

混合式步进电机实物图。

混合式步进电机实物图：拆卸过程。

混合式步进电机实物图：左边是多极凸极转子，右边是绕组和凸极。

混合式步进电机细节图。

步进电机的半步和满步驱动模式。

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磁阻电机的优缺点及应用

优点：

结构简单且坚固耐用:转子由电工钢片组成，结构简单，无磁铁，无绕组等。

低热量：由于转子中没有电流，因此电机在运行过程中发热更少。由于没有磁铁，还可以承受更高的温度，仅需要更少的冷却，从而延长了电机的使用寿命。

没有磁铁：由于生产中不使用稀土金属，比永磁电机结构更简单，成本更低。同时，在没有磁力的情况下，简化了电机的维护。

转子的低转动惯量:由于转子上没有绕组和磁铁，转子的转动惯量较低，使电机加速更快，节省能源。

速度控制：鉴于磁阻电机运行需要变频器，因此可以在较宽的速度范围内控制磁阻电机的转速。

缺点：

频率控制：工作需要变频驱动，控制困难。

低功率因数：由于磁通量仅由电流产生，效率较低，可以通过使用具有功率校正的变频驱动器解决。

噪音：定子和转子都有凸极，这意味着开关磁阻电机比混合步进电机产生更多的可听噪音。

需要传感器：开关磁阻电机需要传感器探测转子的位置，这增加了成本。

扭矩脉动：在高速下，会产生扭矩脉动。

磁阻电机主要应用于通用工业驱动和电动工具，比如压缩机、泵、离心机，食品加工机、洗衣机、吸尘器，电动汽车，电动工具（如钻床和压力机）等。

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