一、研究意义

同步磁阻电机（Synchronous Reluctance Motor,简称SynRM）^[1-2]本质是一种具有磁阻性质的同步电机，其运行原理与开关磁阻电机相似，与传统的交、直流电动机有着本质的区别，它不像传统电动机依靠定、转子绕组电流产生磁场相互作用形成转矩，而是遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩。SynRM定子一般采用传统三相交流电机的定子结构，其转子结构比较特殊。其转子结构实现SynRM交、直轴磁路巨大的磁阻差异，呈现强烈的凸极性，从而产生磁阻性质的驱动转矩。

与传统直流电动机相比，SynRM没有电刷和滑环，维修简单方便；与异步机相比，SynRM转子上没有绕组，从而没有转子铜耗，提高了电机的效率，同时SynRM控制算法简单，控制电路易于搭建，降低了控制系统的成本费用。但异步电机可采用自起动运行和变频调速运行，而SynRM基本上都用于变频调速领域。虽然SynRM可设计成带鼠笼条的自起动同步磁阻电机^[3]，但通常以牺牲凸极率为代价；与开关磁阻电机相比，SynRM转子表面光滑、磁阻变化较为连续，避免了开关磁阻电机运行时转矩脉动和噪声大的问题，但SynRM转子鲁棒性和可靠性不如开关磁阻电机；与永磁同步电机相比，SynRM转子上没有永磁体，成本更低，无弱磁难和高温失磁的问题。在转矩密度上SynRM与永磁同步电机接近，但功率因数和效率都低于永磁电机^[4]。

二、同步磁阻电机的研究现状

早在20世纪20年代Kostko J K等人提出了反应式同步电机理论，M．Doherty 和Nickle教授提出磁阻电机的概念，通过d轴与q轴磁阻的差异产生转矩驱动电机^[5]。早期的同步磁阻电机通过几何凸极转子中添加磁障产生磁阻转矩，同时在转子上安装鼠笼条形成异步起动转矩。典型的”第一代同步磁阻电机”转子通过简单的冲压工艺即可获得。这种电机具备自起动功能，但电机凸极比极小，电机效率和功率因数都很低^[6]。

随着电力电子器件和磁场定向控制技术的进步，交流调速电机得到快速发展。在60年代初, 出现了第二代同步磁阻电机，这种电机转子不需要鼠笼条，通过变频器直接起动，转矩脉动有较大改善。转子通过分块拼装获得更大的凸极比，最大凸极率能达到5以上，但电机加工过程复杂，同时效率和功率因素仍然较低^[7]。

为了增大电机的凸极率，克服同步磁阻电机转矩密度、效率和功率因数低的缺点，70年代后有学者开始讨论”第三代同步磁阻电机”，其转子基本结构大致有两种。一种为轴向叠压式（ALA）转子，将导磁材料和非导磁材料按一定厚度比沿轴向交替叠压^[8]。由于叠片的磁导率高度各向异性，这种转子能产生较大的凸极比，因而电机转矩密度、效率和功率因数都较高，但电机加工过程复杂，同时机械强度较低，因而工业推广受限。另一种为横向叠压式（TLA）转子，通过在转子硅钢片中冲压多个空气磁障来产生d轴与q轴磁阻差异。这种电机加工成本低，更适合工业大批量生产。

1992年IEEE IAS年的同步磁阻电机的专题研讨会上，诸多学者针对同步磁阻电机的理论和应用展开讨论，指出了同步磁阻电机替代异步电机工业应用的强大潜力。1993年英国的T.J.E.Miller教授指导的课题组对同步磁阻电机不同转子结构的磁路进行了分析和研究，试图寻找更优化的转子结构提高电机的凸极率，并重点对轴向叠片转子结构SynRM转子叠片层数、绝缘占有率进行了优化，得到优化后的样机在最大转矩电流比控制时功率因素为0.7左右。

文献[9]对冲片叠压式同步磁阻电机转子空气层做了较为深入的分析，通过有限元和仿真实验设计优化了转子结构，主要分析了转子空气层含有率、位置、个数，转子气隙以及电机饱和对电磁参数的影响，指出了空气层含有率、转子气隙、电机饱和对电机性能影响较大，同时优化后的样机功率因素为0.72，对SynRM的电磁设计与分析具有很好的参考价值。

文献[10-12]对添加永磁材料的SynRM进行了一定的分析和研究，指出在SynRM转子空气层添加一定量的永磁材料，由于永磁材料的磁导率接近空气，电机不仅具有高磁阻特性，同时可以利用永磁材料的励磁作用有效的减小同步磁阻电机直轴方向的励磁电流，得到高功率因数和高转矩密度的电机。