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哈理工学者发表永磁辅助同步磁阻电机的研究现状及发展趋势综述

2022-11-09 15:321040

 

永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)最初由意大利学者A. Vagati首次提出。永磁辅助同步磁阻电机结合了同步磁阻电机(SynRM)和内置式永磁同步电机(IPMSM)的特点,该电机充分利用磁阻转矩和永磁转矩,具有功率密度高、效率高、调速范围宽及体积小、质量轻等显著优点。因工艺水平和材料的限制,当时对永磁辅助同步磁阻电机的研究和应用并未获得足够重视。


近年来,由于稀土永磁体使用量大,价格不断提升,为减轻永磁电机对稀土的依赖,减少稀土开采对环境的破坏,并在保证电机高性能的同时降低电机成本,永磁辅助同步磁阻电机这一少稀土乃至无稀土的高效电机再次被提出,技术发展迅速,国内外对其研究取得了丰硕的成果,产业化势头良好,并在电动汽车和空调、洗衣机等家电领域被广泛应用。



永磁辅助同步磁阻电机由同步磁阻电机发展而来,通过在磁障中添加永磁材料来提供直轴永磁磁通,既能增大其交、直轴来提升磁阻转矩,又因转子磁障中添加永磁材料产生永磁转矩,增大电机的转矩密度,从而有效克服了同步磁阻电机本身低功率因数和低转矩密度的缺点。


这一改变使得原有同步磁阻电机设计方法也不再完全适用于永磁辅助同步磁阻电机,尤其需要重新对其磁障形状、尺寸、层数以及永磁体的材料、尺寸和用量进行优化设计,以使电机获得更佳的电磁性能。另外,添加永磁体后,永磁辅助同步磁阻电机运行时的转子受力情况、损耗分布以及温度变化也将随之改变,需要对其转子机械强度和电机温升进行深入研究,以确保电机长期可靠运行。


相比于内置式永磁同步电机,永磁辅助同步磁阻电机可在保证电磁性能的同时减少永磁体用量,极大地提高了电机的性价比。尽管它有诸多优点,但其转矩脉动较高、损耗较大、机械强度较低的劣势也不容忽视。高转矩脉动使电机稳定性降低,影响电机甚至系统的可靠性;相比同等条件下的永磁同步电机,其效率更低;较低的机械强度会使电机高速运行时转子发生形变,从而引发事故。非多相永磁辅助同步磁阻电机本身不具有容错性,限制了其在更广阔领域内的应用。


永磁辅助同步磁阻电机在设计、分析等方面存在许多常规电机所不具有的关键问题,因此不能照搬常规电机的相关设计及分析方法,而需要进行深入的研究。目前,永磁辅助同步磁阻电机的优化设计、转矩提升、转矩脉动抑制、机械强度、温升分布预测以及容错设计及控制等方面逐渐成为国内外学者的研究热点,特别是在家用电器、电动汽车及工业电机等领域。而国内与国外相比仍有较大的差距,对其研制多集中在小功率和低转速。

    

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