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稀土永磁同步电机,由于其高功率密度,高效率等特点和优势,在工业驱动,特别是电动汽车等牵引驱动领域得到了广泛的应用。但近年来,稀土永磁体的高成本,价格波动,可持续供应等问题越来越突出。因此,研究和开发少稀土永磁,无稀土永磁,及无永磁高性能驱动电机成为近几年学术界和工业界的热点研究课题。基于以上背景,本文以永磁辅助同步磁阻电机为研究对象,对其电磁设计和运行控制中的关键问题展开研究。 首先,对经典的同步磁阻电机及永磁辅助同步磁阻电机的相关研究文献进行综述。阐明本课题的背景和研究意义。采用有限元法对同步磁阻电机的电感参数进行计算和分析,系统研究磁阻转子各关键参数对电感参数及转矩能力的影响规律,为提升同步磁阻电机的转矩能力,指明优化方向。研究永磁辅助同步磁阻电机中永磁体对电感参数,凸极比,转矩能力及功率因数的影响。研究不同优化目标下的永磁磁链选择与优化问题,如最优弱磁能力,以及考虑反电动势限制条件时的永磁磁链优化选择。 研究多层磁障转子结构的永磁辅助同步磁阻电机齿槽转矩规律和特点,包括槽开口宽度,辅助槽,转子分段斜极等对齿槽转矩的影响规律,指明最小化齿槽转矩的设计方法。在分析永磁辅助同步磁阻电机电磁转矩脉动机理的基础上,研究对称与不对称磁障转子结构中,磁障角度对电磁转矩脉动的影响,并指出实现转矩脉动最小化的磁障角度优化组合。论述并分析永磁辅助同步磁阻电机电磁设计的关键问题和设计要点,设计并试制样机,对样机电磁性能进行有限元和实验验证。 研究永磁辅助同步磁阻电机的无传感器控制问题。提出基于滑模观测器与高频注入法的混合无传感器控制策略,实现宽速度范围的转子位置观测及无传感器控制。论述滑模观测器原理与设计方法。论述旋转高频注入法基本理论及信号解调与处理过程。研究电机零速状态,转子磁极极性检测问题。最后,通过实验验证了本文无传感器控制算法的有效性,并与实际传感器的信号进行了对比,观测精度较高。