永磁輔助同步磁阻電機(PMaSynRM)最初由意大利學者A. Vagati首次提出。永磁輔助同步磁阻電機結合了同步磁阻電機(SynRM)和內置式永磁同步電機(IPMSM)的特點,該電機充分利用磁阻轉矩和永磁轉矩,具有功率密度高、效率高、調速范圍寬及體積小、質量輕等顯著優(yōu)點。因工藝水平和材料的限制,當時對永磁輔助同步磁阻電機的研究和應用并未獲得足夠重視。
近年來,由于稀土永磁體使用量大,價格不斷提升,為減輕永磁電機對稀土的依賴,減少稀土開采對環(huán)境的破壞,并在保證電機高性能的同時降低電機成本,永磁輔助同步磁阻電機這一少稀土乃至無稀土的高效電機再次被提出,技術發(fā)展迅速,國內外對其研究取得了豐碩的成果,產業(yè)化勢頭良好,并在電動汽車和空調、洗衣機等家電領域被廣泛應用。
永磁輔助同步磁阻電機由同步磁阻電機發(fā)展而來,通過在磁障中添加永磁材料來提供直軸永磁磁通,既能增大其交、直軸來提升磁阻轉矩,又因轉子磁障中添加永磁材料產生永磁轉矩,增大電機的轉矩密度,從而有效克服了同步磁阻電機本身低功率因數(shù)和低轉矩密度的缺點。
這一改變使得原有同步磁阻電機設計方法也不再完全適用于永磁輔助同步磁阻電機,尤其需要重新對其磁障形狀、尺寸、層數(shù)以及永磁體的材料、尺寸和用量進行優(yōu)化設計,以使電機獲得更佳的電磁性能。另外,添加永磁體后,永磁輔助同步磁阻電機運行時的轉子受力情況、損耗分布以及溫度變化也將隨之改變,需要對其轉子機械強度和電機溫升進行深入研究,以確保電機長期可靠運行。
相比于內置式永磁同步電機,永磁輔助同步磁阻電機可在保證電磁性能的同時減少永磁體用量,極大地提高了電機的性價比。盡管它有諸多優(yōu)點,但其轉矩脈動較高、損耗較大、機械強度較低的劣勢也不容忽視。高轉矩脈動使電機穩(wěn)定性降低,影響電機甚至系統(tǒng)的可靠性;相比同等條件下的永磁同步電機,其效率更低;較低的機械強度會使電機高速運行時轉子發(fā)生形變,從而引發(fā)事故。非多相永磁輔助同步磁阻電機本身不具有容錯性,限制了其在更廣闊領域內的應用。
永磁輔助同步磁阻電機在設計、分析等方面存在許多常規(guī)電機所不具有的關鍵問題,因此不能照搬常規(guī)電機的相關設計及分析方法,而需要進行深入的研究。目前,永磁輔助同步磁阻電機的優(yōu)化設計、轉矩提升、轉矩脈動抑制、機械強度、溫升分布預測以及容錯設計及控制等方面逐漸成為國內外學者的研究熱點,特別是在家用電器、電動汽車及工業(yè)電機等領域。而國內與國外相比仍有較大的差距,對其研制多集中在小功率和低轉速。