2023年7月电工技术学报Vol.38No.14第38卷第14期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJul.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.220991V型游标永磁电机功率因数内在机理及其提升方法周健荣樊德阳项子旋蒋敏朱孝勇（江苏大学电气信息工程学院镇江212013）摘要基于功率因数内在机理的研究，提出一种提升游标永磁电机（VPM）功率因数的设计方法，该方法采用分层优化，对影响电机功率因数的主要因素，即永磁磁链和同步电感，分别进行了理论推导和优化分析。该文首先对永磁磁链进行了优化设计，利用气隙谐波作为电机结构设计与电机电磁性能之间的中间桥梁，一方面，气隙谐波作为电机参数的设计目标，另一方面，也作为电机功率因数和其他相关电磁性能的设计变量。基于永磁磁链的分析，进一步优化相关参数对同步电感的影响，从而最终确定了VPM电机的优化设计方案。此外，为了验证该方法的有效性，对优化前后电机的电磁性能进行了分析评估。最后对优化后的电机进行了加工和实验测试，理论分析和实验结果表明所提出的VPM电机功率因数优化设计方法的有效性和合理性，提升了VPM电机在轮毂电机直接转矩驱动系统中的应用潜力。关键词：游标永磁电机功率因数永磁磁链同步电感优化设计中图分类号：TM3510引言近年来，游标永磁电机（VernierPermanentMagnetMachine,VPM）因其在低速运行时的高转矩密度[1]这一显著特征而受到关注，并且已被广泛应用于电动汽车、航空航天和船舶驱动[2-5]等高端制造领域。然而，相比于传统永磁电机，随着VPM电机永磁体极对数和漏磁的增多，其功率因数通常相对较低[6]。这意味着在输出相同功率时，VPM电机所需的功率变换器的容量需要增加。一方面，这不仅导致电机应用成本的增加，另一方面也限制了其在轮毂驱动系统中的应用前景。实际上，在转子直接与轮毂相连，转矩直接传递给车轮的轮毂驱动系统中，其内部有限空间的高度集成化、精细化应用，是电动汽车等高端制造领域进一步发展的主要参考因素。因此，在轮毂电机直接转矩驱动系统中，提升轮毂电机的功率因数具有一定的研究意义和价值。根据经典电机学理论，电机功率因数的定义为有功功率与视在功率的比值，也是电机输出电压与输入电流矢量相位差的余弦值，这反映了电机对于电能的利用率。而且，对于电机输出的有功功率，其主要部分为电磁功率，这在很大程度上取决于电机的转矩性能和运行转速。当电机转速一定时，电机的功率因数与转矩特性相关。此外，随着电机磁场调制理论...
