1.1 永磁輔助同步磁阻電機的發展歷程

永磁輔助同步磁阻電機是從同步磁阻電機演變而來的。早在19世紀初，研究人員觀察到轉動的普通電勵磁同步電機的勵磁繞組斷開時，電機仍沒有停轉，從而發現了磁阻現象。從此，專家學者開始了對磁阻電機的研究。

1923年，Kostko J K在美國工業工程師協會期刊上提出了多相反應同步電機（Polyphase Reaction Synchronous Motors）的概念及轉子結構，如圖1-1所示，并預言到這種電機未來會被廣泛應用。這種電機就是同步磁阻電機的雛形。

與此同時，凸極同步電機雙反應理論的提出，特別是派克（Park）方程的建立，使電機的理論分析從定性分析階段跨越到比較嚴格的以數學模型為基礎的數理分析階段，對凸極電機中磁阻轉矩的分析有了質的突破，推動了同步磁阻電機的研究。

1965年1月，德國布倫瑞克工業大學的Brinkman發表的論文《利用反應原理改良電機的理論和實驗研究》（Theoretische und experimentelle untersuchen an einem motor mit verbesserter ausnuzung des reaktionsprinzips）中提到了一種改良的同步磁阻電機轉子結構，如圖1-2所示，可以提高電機的功率因數和效率。

圖1-1 多相反應同步電機轉子結構示意圖

圖1-2 改良的同步磁阻電機轉子結構

另一種典型的早期同步磁阻電機的轉子結構如圖1-3所示，通過在凸極轉子中設置雙層磁障，增加d、q軸的磁阻差來提高磁阻轉矩。由于當時的換向器頻率很低，因此必須在轉子上安插鼠籠條產生異步起動轉矩。這種結構的同步磁阻電機最高凸極比不超過2，電機效率和功率因數都很低，且在起動過程中會有嚴重振蕩的問題，所以未能在工業上得到廣泛應用。

隨著電機設計理論和電力電子技術的發展，出現了第二代同步磁阻電機，如圖1-4所示。該電機通過分塊拼裝結構來增加凸極比，凸極比可以達到5～6，同時去掉籠型轉子，直接使用逆變器變頻起動，削弱了轉子振蕩現象。但是該電機工藝結構復雜，并且為了產生大的磁阻轉矩需要增大定子側勵磁電流，而效率和功率因數仍然較低，致使該種電機未得到推廣使用。

圖1-3 早期同步磁阻轉子結構

圖1-4 第二代同步磁阻電機結構

為盡可能增大d、q軸的磁阻差，同時減小勵磁電流，增大功率因數，在20世紀70年代初期產生了第三代同步磁阻電機，其轉子結構如圖1-5所示。其中一種為軸向疊壓式（ALA）轉子，如圖1-5a所示，即將導磁材料和非導磁材料按一定厚度比沿軸向交替疊壓，可以獲得最大的q軸電感和最小的d軸電感，從而實現磁阻轉矩的最大化。這種電機的轉矩密度、效率和功率因數都較高，但加工工藝復雜、機械強度較低，制約了其在工業中的應用。另一種為橫向疊壓式（TLA）轉子，如圖1-5b所示。通過在轉子硅鋼片中沖壓多個空氣磁障來產生d-q軸磁阻差異。此種電機轉子結構簡單、機械強度高，更適合工業大批量生產。

圖1-5 第三代同步磁阻電機轉子結構

a）軸向疊壓式轉子結構 b）橫向疊壓式轉子結構

事實上，同步磁阻電機普遍存在一個問題，即為獲得足夠大的轉矩，需要定子側提供較大的勵磁電流，因此犧牲了效率和功率因數。

20世紀80年代后期，電機研究人員發現在同步磁阻電機轉子的多層磁障中添加適量永磁體，提供d軸方向的永磁磁通，可以提高電機功率因數和轉矩密度，典型的電機結構如圖1-6所示。該結構電機即為永磁輔助同步磁阻電機（PMASyn-RM）的原型，也稱為新型同步磁阻永磁電機或永磁同步磁阻電機。

該結構電機主要有如下特點：

1）由于q軸磁路上無隔磁磁障，磁力線可以順暢地通過轉子，從而得到較大的q軸電感。而d軸磁路上永磁體的磁導率接近于氣隙，阻礙了磁力線的通過，得到了較小的d軸電感，從而提供較大的磁阻轉矩。

圖1-6 永磁輔助同步磁阻電機結構

2）永磁體鑲嵌在d軸方向上的多層磁障里，提供永磁轉矩。