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多层磁障转子同步磁阻电机设计研究

针对复杂的多层磁障同步磁阻电机（SynRM），在定、转子快速设计方面进行研究。以1台3
kW、4极电机为例，对比不同绕组形式下SynRM的性能。为降低转矩脉动，提出典型C型磁障转子的
简化模型。研究各参数对电机输出转矩和转矩脉动的影响，并借助多目标优化算法进一步优化磁障参
数，为同类电机的设计分析提供参考。

多层磁障转子同步磁阻电机设计研究
夏晨曦1, 冯ⰿ径1, 顾卫东2
(1.湖南大学 电气与信息工程学院，湖南 长沙 410082；2.上海电机系统节能工程技术研究中心有
限公司,上海 200063)

̽ḤḤႄḤḤ࿽ 绕组形式下电机的性能，研究了定子槽口宽
度对开槽效应的影响。SynRM基本参数如表1所
同步磁阻电机(SynRM)利用磁路磁阻差产生 示。
电磁转矩，转子上没有永磁体和鼠笼。SynRM具 表1 SynRM基本参数
有低成本、高可靠性和无转子铜耗等优势,成为异
步电机的最佳替代品，拥有广阔的市场前景，引
起了诸多学者关注。
SynRM定子多采用分布式交流绕组[1]。为了
追求高功率密度，近年来集中绕组也开始应用到
SynRM中。由于转子结构非常复杂，国内外文献
大多基于U型[2]和C型[3]磁障进行SynRM设计，
借助多目标优化算法[4]，寻求兼顾高输出转矩和
低转矩脉动的转子结构。但多层磁障结构导致待 集中绕组线圈跨距为1，绕组端部短，采用集
优化变量多、代理模型复杂，给电机优化带来了 中绕组的电机体积较小、铜耗低、效率高，因此
很大的困难。 集中绕组尤其适用于多极电机。借助有限元仿
本文以快速设计高性能SynRM为目的，以1 真，假设转子为如图1所示的无磁障实心结构，避
台3 kW电机为例，针对典型的C型磁障结构，对 免了转子磁障对定子磁场的影响。提取6槽4极结
比不同绕组形式下的SynRM性能。通过约束电机 构SynRM的定子磁动势fs并进行傅里叶分解，得
结构参数削弱齿槽效应，从而降低转矩脉动，简 到如图2所示的主要谐波成分，其中低次谐波占比
化转子模型。不仅为电机设计提供了便利，也减 超过50%。
少了待优化的参数数量，提高了优化效率。研究
了定子槽开口及转子参数对电机性能的影响，并
借助遗传算法对电磁转矩和转矩脉动进行优化，
对SynRM设计具有积极意义。

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SynRM定子结构通常与异步电机类似，其铁
心结构参数可根据已有的研究[5]或经验公式[6]计
图1 转子无磁障集中绕组模型
算选取。本文借助有限元仿真，分析了几种常见

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图12 转矩与磁肋宽度关系