摘要：针对永磁同步电机气隙磁场含有大量谐波的问题，本文提出一种余弦型非均匀气隙电机结构。以一款22kW3000rpm永磁同步电机为研究对象，利用MagneForce软件建立电机模型，分别计算出气隙磁密、空载反电势、输出转矩分布曲线。对比结果表明，采用余弦型非均匀气隙结构时，能够有效减小空载反电势谐波分量，降低转矩波动，提高电机效率。
关键词：余弦型非均匀气隙、MagneForce、空载反电势、转矩波动
1、引言
永磁同步电机以其高效节能、高功率密度、低振动噪声等性能特点而被广泛应用于电动汽车、电力船舶等行业。但由于永磁同步电机本身的磁路特点，其永磁磁密波形近似梯形波分布，使得气隙磁场含有大量的谐波成分，增加了电机谐波电流和附加谐波损耗，并且谐波磁场会产生力矩波动，引起振动和噪声，从而严重影响了永磁同步电机的品质。
为此，众多学者对永磁同步电机的气隙磁场进行了优化设计，其中大多文献主要针对表贴式磁体结构，而作为电动汽车驱动用永磁同步电机则广泛采用内置式磁体结构。文献[1]提出一种非均匀磁钢槽电机结构，达到了降低气隙磁密谐波含量的目的，但因非均匀磁钢槽内部空气消耗了一部分磁动势，使得空载反电势基波幅值有所降低；文献[4]提出一种偏心气隙电机结构，并得到了气隙磁密波形谐波含量随偏心距的变化曲线，同样达到了降低谐波含量的目的；文献[7]提出一种不等厚磁钢的设计方法以优化气隙磁密波形，但无疑增加了电机制造成本。本文从改善气隙磁密正弦性、降低转矩波动的角度出发，研究设计了一种余弦型非均匀气隙电机结构，该结构从得到理想正弦气隙磁密波形的表达式入手，确定了气隙余弦幅值及其对电机性能的影响。
5.结论
本文提出了一种余弦型非均匀气隙电机结构，通过与均匀气隙结构对比分析，空载运行时气隙磁密和反电势波形的正弦性有了很大改善，其基波幅值有所增加而谐波含量明显降低；满载运行时转矩波动明显下降，增加了电机运行时的稳定性。由此可见，余弦型非均匀气隙结构可以明显改善永磁同步电机的品质。

作者：吉修涛