摘要
摘要
和传统永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMachine,PMSM)相比，
永磁游标电机(PermeantMagnetVernierMachine，PMVM)具有低速大转矩输出的
性能，在电动汽车、风力发电等直驱领域拥有潜在的应用前景。然而，为了能够
输出较大转矩，游标电机需要利用气隙中的谐波与基波产生转矩，这也导致
PMVM的谐波含量高于PMSM，使PMVM的损耗大于PMSM，并且电机发热情
况也有别于常规永磁电机。本文针对PMVM损耗产生的原理、损耗的理论计算、
影响因素以及损耗和温升实验等方面开展了研究工作。
首先，PMVM通过磁场调制原理增大转矩，造成谐波含量增多。为此，本文
从理论上研究不同拓扑结构的永磁游标电机和永磁同步电机气隙中的谐波分布，
对比分析PMVM和PMSM谐波含量的差异，导出其工作谐波和非工作谐波。随
后分别在定子和转子坐标系下进行研究，推导出对产生电机铁损和永磁体涡流损
耗有主要贡献的气隙谐波群，为之后的理论计算打下基础。
其次，结合有限元理论计算出PMVM和PMSM的定转子铁损和永磁体涡流
损耗。采用曲线拟合得到铁损系数随磁场频率变化的曲线，利用有限元仿真得到
铁心内磁密的分布，最后计算出各次谐波对铁损的贡献；同样，通过计算出各次
谐波对永磁体涡流损耗的贡献，研究永磁体分段对损耗的影响，并利用3D有限
元仿真验证了理论计算的准确性。结合气隙磁密谐波和电机内部磁密谐波的关系，
推导气隙谐波群对各项损耗的贡献。
再次，建立了不同拓扑结构的游标电机模型，对比不同定子齿结构对游标电
机各项损耗的影响；提出了一种转子磁障结构以抑制永磁体的涡流损耗，该结构
通过降低对损耗产生有主要贡献的气隙磁密谐波降低损耗，对比研究了该拓扑结
构参数对PMVM损耗和转矩的影响规律；利用联合仿真对比研究了正弦波驱动和
PWM斩波驱动对损耗特性的影响，以及变频器开关频率等参数对PMVM损耗的
影响。
最后，搭建了PMVM的实验平台，分别对PMVM和PMSM样机的损耗和温
升进行了实验对比研究。结合有限元数据通过空载实验分离电机的机械损耗，得
到电机的总电磁损耗，利用实验平台开展了不同工况下电机的温升实验，实验结
果证明了损耗计算和联合仿真的正确性和准确性。
关键词：永磁游标电机；永磁同步电机；气隙磁密；永磁体涡流损耗；铁损
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Abstract
Abstract
Comparedwithtraditionalpermanentmagnetsynchronousmachine(PMSM),
permanentmagnetverniermachine(PMVM)hastheperformanceoflowspeedandhigh
torqueoutput,andhaspotentialapplicationprospectsindirectdrivefieldssuchaselectric
vehiclesandwindpowergeneration.However,inordertooutputalargertorque,the
verniermotorneedstoutilizetheharmonicsandfundamentalwavesintheairgapto
generatetorque,whichalsoleadstoahigherharmoniccontentofPMVMthanPMSM,
resultinginagreaterlossofPMVMthanPMSM,andthemotorsheatingsituationisalso
differentfromthatofconventionalpermanentmagnetmoto