永磁电机的推进动力分析探究

改善 PMLSM 的反电动势（气隙励磁磁密）波形的措施在理想的 PMLSM 结构中，即

不考虑齿槽效应与边端效应的 PMLSM 结构中，从理论上讲，可以采用如下两种措施实
现气隙励磁磁密波形的正弦化：（1）采用在厚度方向上按一定规律变化的均匀充磁不等
厚紧密排列永磁体，利用电机 PM 在气隙高度方向上磁势的变化实现气隙磁密的正弦波
形；（2）采用等厚矩形紧密排列的磁铁，磁铁按正弦规律进行充磁。从加工成本与加工
工艺来看，上述两种方法不具备实用性。而合理选择极弧系数是一种操作性较强的设计措
施。

在实际电机设计时，并无必要控制励磁磁密的严格正弦形，在一定程度近正弦形即

可，因为可以利用电机自身的特性（线电压中无三倍次谐波）、分数槽、分布绕组设计等
在感应电势中抵消较高次谐波，从而使得感应电势尽量接近正弦形。一般的 PMLSM 的励
磁系统采用均匀充磁、等厚度的矩形磁铁，等厚度磁铁的均匀充磁既易于实现又能保证工
艺的一致性，矩形磁铁易于加工，同时装配容易，因此在可制造性、经济性等方面具有相
当的优越性。实际布局时，按充磁方向相互反向交替排列。只要合适设计极弧系数，即在
极距确定的情况下，合理设计永磁体宽度，再利用分数槽或分布绕组抵消高次谐波，使
得励磁电势非常接近正弦形。

不同极弧系数下的气隙中心线上的磁密波形及其基波如所示。在中，气隙磁密曲线由

外到内和基波曲线由高到低对应的极弧系数由大到小，表明永磁体宽度越宽，气隙磁密
幅度越宽，基波幅值越大，但对气隙磁密最大值影响不大。为了更好地确定何种极弧系数
下的波形更合理还需要分析较高次的谐波大小以及是否在感应电势中体现出来。

　　不同极弧系数下的气隙磁密波形及其基波对比数等于各次谐波的幅值（绝对值）之
和与基波幅值之比，显然正弦系数越小，谐波影响越小，感应电势越接近正弦波形。但必
须注意到，感应电势的正弦形与气隙磁密波形并非完全一致，因为由于电机的自身特性 ，
如线电压中无三倍次谐波，或通过分数槽、分布绕组抵消掉一定的高次谐波或大大地削弱
高次谐波，因此定义 AE-sin 表征感应电势的正弦系数，它的数值等于感应电势各谐波幅
值的绝对值之和与基波幅值之比。按上述分析，在不同极弧系数下的气隙磁密基波幅值、
三次谐波与五次谐波幅值、正弦系数、感应电势正弦系数对比。