3.2 永磁辅助同步磁阻电机的充磁问题

3.2.1 转子充磁受力分析

永磁辅助同步磁阻电机中永磁体的主要作用是产生辅助永磁转矩和提高功率因数，通常采用性能较差的铁氧体永磁体。在实际应用中发现，铁氧体永磁辅助同步磁阻电机充磁时存在较大的问题，即在转子充磁时，如果转子磁极中心与充磁头磁极中心不对齐，则转子会受到一个很大的偏转转矩。例如在家用空调制冷压缩机电机中，转子是单轴承支撑结构，充磁时转子难以精确固定，如图3-5所示。偏转转矩会使电机转子充磁时产生明显的振动，严重时会导致转子扭曲、永磁体碎裂，如图3-6所示。

图3-5 家用空调压缩机泵体转子

图3-6 充磁时偏转转矩对转子的破坏

a）铁心扭曲 b）永磁体碎裂 c）螺钉弯曲

以额定输出转矩为9N·m的电机为例，通过建立有限元仿真模型，如图3-7所示，对比分析永磁辅助同步磁阻电机与稀土永磁同步电机在转子偏转不同角度时的转子受力情况。

图3-7 电机充磁仿真模型

a）钕铁硼永磁体电机 b）铁氧体永磁辅助同步磁阻电机

按照铁氧体永磁体充磁饱和磁场强度为800kA/m，钕铁硼永磁体充磁饱和磁场强度为2400kA/m计算，两种电机充磁饱和时转子偏转转矩计算见表3-1。其中偏转转矩与偏转方向相同为正转矩，相反为负转矩。

表3-1 不同电机充磁偏转转矩随偏转角度变化

在永磁体开始充磁时，转子偏转转矩只有磁阻转矩，在相同的偏转角度下，铁氧体永磁辅助同步磁阻电机的偏转转矩大约是钕铁硼永磁同步电机的4～6倍，两种电机的偏转转矩都是随偏转角的加大而上升的，当偏转角度为1°时，铁氧体永磁辅助同步磁阻电机的偏转转矩达到了额定转矩的2.89倍。

在永磁体充磁饱和后，两种电机的偏转转矩中增加了永磁转矩，且永磁转矩和磁阻转矩的方向相反，合成的偏转转矩反而比永磁体未充磁时小一些，其中铁氧体永磁辅助同步磁阻电机的偏转转矩明显大于钕铁硼永磁同步电机。

此外，铁氧体永磁辅助同步磁阻电机的合成偏转转矩与磁阻转矩为相同方向，而钕铁硼永磁同步电机的合成偏转转矩与永磁转矩为相同方向。因此以永磁转矩为主的钕铁硼永磁同步电机在充磁时不会发生转子受力偏转的问题。而铁氧体永磁辅助同步磁阻电机充磁时，如果转子磁极中心线与充磁头磁极中心线偏移，则会出现一个很大的磁阻转矩，且该转矩会使得转子偏转角度进一步加大，对转子铁心及永磁体造成损坏。