海军工程大学研究者提出表贴式永磁电机平行充磁条件下的正弦削极修正解析模型，可提高电机设计效率！
永磁同步电机（PMSM）具有高转矩密度、高功率因数、高可靠性、高效率等优点，目前已经广泛应用于航天、交通运输、医疗、国防等领域。通过减小永磁同步电机气隙磁通密度谐波可以削弱电机气隙磁场径向电磁力谐波和转矩脉动，从而降低电机振动噪声和铁耗，提高电机的整体性能。因此，研究提高PMSM气隙磁场正弦度的电机设计方法，具有十分重要的意义。
永磁同步电机气隙磁通密度的优化通常从本体设计和控制策略优化两个方面入手。永磁电机削极技术是电机本体设计中最有效的途径之一。采用削极的方式改变转子永磁体或者转子铁心外表面极弧形状和长度并进行优化，可以达到增加电机径向气隙磁通密度正弦度、抑制转矩脉动和减振降噪的目的。
针对表贴式永磁电机目前主要有偏心削极和正弦削极两种削极方式。偏心削极方法通过改变永磁体的极弧系数和外表面的偏心距，使电机气隙磁通密度的谐波含量达到最小，从而得到优化后的偏心磁极，使径向气隙磁通密度波形接近正弦。
偏心削极具有设计方法简单、加工工艺成熟等优点，因此在实际的工程应用中较为广泛，但是因为最优偏心距的变化受到漏磁、饱和、开槽、气隙长度、极弧系数、永磁体相对磁导率等多个因素的影响，在设计之初需要建立大量的仿真模型进行遍历扫描，时间成本高，而且这种削极方法对于气隙磁场的优化程度有限，很难满足高品质电机的需求。
正弦削极是利用永磁体相对磁导率接近于空气的特性，将永磁体削减为正弦形状，以得到接近正弦的气隙磁通密度。正弦削极相较于偏心削极，理论依据明晰，无需像偏心削极一样进行遍历扫描优化，可以大大减少前期电机设计的工作量。
目前对于正弦削极的研究，均是简单地将磁极的几何形状设计为正弦，忽略了极间漏磁、磁极边缘效应、定子开槽等因素的影响。因此，由这种简化模型所得的电机在基波气隙磁通密度幅值和气隙磁场正弦度两个方面均达不到理论预期效果。
有研究表明，在转子内圆直径和永磁体厚度相同的情况下，弓形磁极转子轭部材料的利用率更高，更利于提高电机转矩密度。同时，弓形磁极的平底结构使其相比于扇形磁极具有更好的适装性，因此有必要对弓形磁极的正弦削极进行深入研究。
海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室的赵浩然、王东、胡鹏飞、魏应三、易新强，在《电工技术学报》上撰文，以气隙磁通密度函数和永磁体磁化方向厚度函数为理论基础，结合卡特系数计算公式、磁路等效原理和分布磁路法，考虑定子开槽、极间漏磁、磁极边缘效应及磁路饱和等因素的影响，推导出表贴式永磁电机平行充磁条件下的正弦削极修正解析模型。而后建立有限元模型验证了解析模型的准确性，并与简化正弦削极电机、偏心削极电机进行仿真对比。
他们的研究结果表明，修正正弦削极电机所得气隙磁通密度总谐波失真（THD）分别较简化正弦削极电机和偏心削极电机低41.3%和23.4%，径向电磁力密度THD分别较简化正弦削极电机和偏心削极电机低29.82%和19.24%，从而使电机转矩脉动降低。最后通过实验进一步验证了修正解析模型的准确性。
该修正解析模型，不仅使电机的电磁性能得到了进一步优化，而且理论基础明晰，不用像偏心削极一样，需要进行遍历扫描寻优，提高了电机的设计效率，为高品质永磁电机的优化设计提供了参考。
本工作成果发表在《电工技术学报》，论文标题为“弓形磁极永磁电机正弦削极修正模型”。本课题得到国家自然科学基金资助项目的支持。