永磁辅助式同步磁阻电机因结合了永磁同步电机和同步磁阻电机的优点,可有效提高转矩密度、拓宽弱磁调速范围、降低电机的制造成本,目前成为一种非常有应用前景的电机。然而,尽管永磁辅助式同步磁阻电机可以产生较高的磁阻转矩和一定的永磁转矩,但在传统的研究设计中,两种转矩成分并不能被完全利用而生成总的电磁转矩;同时,永磁体嵌放到隔磁桥中只能产生相对较低的气隙磁通密度,该磁通密度含有较大谐波,导致产生较大转矩脉动和铁心损耗,进一步限制了永磁转矩和效率的提升。并且,转子隔磁桥的设计受到永磁体设计的限制,不利于其优化设计而获取更高的凸极比,极大限制了磁阻转矩的提升。基于此,本论文提出一种新型混合转子永磁同步磁阻电机,转子由永磁转子和磁阻转子在轴向上通过特殊的配置角度呈对称结构组合而成,不仅利于永磁体优化设计而提升永磁转矩和降低转矩脉动,而且利于隔磁桥设计提升凸极比和机械强度。同时,电机的永磁转矩和磁阻转矩的最大值能够在相同的电流相位角处叠加,从而充分利用电机的两种转矩成分,在不增加电机机械制造和冷却难度的前提下,全面提升转矩和功率密度、效率及抑制转矩脉动等电磁性能,具有转子结构设计灵活,加工工艺简单,机械强度高等优点。为突出所提出新型混合转子永磁同步磁阻电机的优点,本论文采用对比研究方法,在传统永磁辅助式同步磁阻电机的设计基础上,设计所提出电机并进行定量对比分析。具体研究工作如下:(1)首先介绍了传统永磁辅助式同步磁阻电机的结构形式和主要特点,根据坐标变换理论研究了永磁辅助式同步磁阻电机的数学模型。根据论文提出的新型电机的设计原理,确立了新型混合转子永磁同步磁阻电机的拓扑结构。通过分析永磁同步电机和同步磁阻电机的数学模型,建立了该新型混合转子永磁同步磁阻电机的数学模型。(2)其次,采用D2L方法设计了一台传统永磁辅助式同步磁阻电机,并作为基础模型。以基础模型的规格、尺寸、材料等为约束条件,对新型混合转子永磁同步磁阻电机进行了设计,并作为提出模型:1)以基础模型的永磁体用量为主要约束条件,综合采用拉丁超立方采样法、克里格方法和遗传算法对提出的新型混合转子永磁同步磁阻电机的永磁转子部分进行了优化设计,选取了永磁转矩最大化,齿槽转矩、转矩脉动和铁心损耗最小化为目标函数,确定了永磁转子部分永磁体厚度d和磁极的角宽度θ。2)鉴于永磁体移除极大释放了磁阻转子的机械应力,且隔磁桥肋骨宽度对电机电磁和机械性能有显著影响,论文通过对基础模型和提出模型进行Mises应力分析,确定了提出模型磁阻转子的隔磁桥肋骨宽度dr,使提出模型和基础模型具有相近的几何结构和机械应力情况。3)以永磁转矩和磁阻转矩在相同的电流相位角处达到最大值为目标,研究了两种转子在不同轴向配置角度δ下的永磁转矩和磁阻转矩的叠加关系,并确定了最佳轴向配置角度,即只有δ=45°时,才能使转矩得到最大化利用。(3)然后采用有限元方法对基础模型和提出模型的电磁性能进行了对比分析。通过气隙磁通密度、反电动势、转矩特性、最大电磁转矩及转矩脉动、功率因数和效率等性能参数的对比,验证了所提出模型的正确性。(4)最后针对提出模型,研制出实验样机,测试了空载反电动势和额定负载下的电磁转矩,并与有限元仿真结果对比,结果具有较好的一致性,验证了有限元仿真及所提新型电机设计方案的正确性。