永磁同步电机,尤其是采用钕铁硼永磁励磁的稀土永磁同步电机具有构造简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗少、效率高等显著优点。作为一种战略资源,近年来随着稀土资源的不断开采和相关保护政策的推行,国际市场上稀土价格不断上涨,这无疑对稀土永磁同步电机在工业、国防等领域的进一步广泛应用造成了巨大的影响。为了减少稀土永磁电机中稀土永磁材料的用量,在学术领域越来越多的学者开始致力于“少稀土电机”或能够替代稀土永磁电机的“非稀土电机”的研究。其中,非稀土材料如铁氧体永磁材料等价格低廉,供应稳定,受到了相关学者的广泛关注。但是,由于非稀土永磁材料的磁能积仅为钕铁硼永磁材料的四分之一左右且矫顽力较低,如何在降低稀土永磁材料用量的同时保证电机的高功率密度以及如何提高电机的抗去磁能力成为该类非稀土电机或少稀土电机研究的主要热点。本文首先了解了少稀土电机以及非稀土电机的发展现状与结构分类,针对目前非稀土铁氧体永磁同步电机(Ferrite Permanent Magnet Motor,简称FPMM)存在的功率密度低、调速范围窄、铁氧体易被去磁等问题,提出了一种少稀土组合永磁型同步电机(Hybrid Permanent Magnet Motor,简称HPMM)。该电机同时使用铁氧体永磁和钕铁硼永磁进行励磁,一方面保证了电机的功率密度,另一方面,由于钕铁硼的矫顽力大,抗去磁能力强,组合永磁的结构也使得电机有较强的抗去磁能力,弥补了铁氧体永磁电机的缺陷。其次,由于HPMM中同时采用了两种性能存在差异的永磁体材料进行励磁,两种永磁材料的工作点会互相影响,从而影响电机的整体性能。本文在该电机的设计中,重点介绍了两种不同类型永磁体尺寸的设计方法,首先通过对组合永磁型同步电机进行磁路分析,从理论上分析了两种永磁体的尺寸配比原则。然后,综合考虑两种永磁体相互作用下的工作点、电机的转矩输出能力、电机的调速范围以及永磁体成本等因素,给出了永磁体的合理设计。为了更好地分析组合永磁同步电机的性能,本文将该电机与传统内嵌式稀土永磁同步电机进行比较。对比分析结果表明,在降低永磁体成本的基础上,该电机仍能达到与内嵌式稀土永磁同步电机(Rare-earth Permanent Magnet Motor,简称RPMM)相近的转矩密度且有着更宽广的调速范围。此外,与传统轮辐式铁氧体电机相比,该电机也具有优越的恒功率调速范围、高速区更高的效率以及更强的抗去磁能力。最后,加工研制了HPMM和FPMM实验样机并搭建试验台架,进行了反电势测量和负载实验,实验结果验证了所提电机设计的合理性及可行性。