? ??內置式永磁電機擁有高轉矩密度和寬轉速范圍的優(yōu)點，應用非常廣泛。轉矩波動是衡量內置式電機性能的重要指標，與氣隙磁密分布關系密切。然而，不同于表貼式電機，內置式永磁電機的氣隙磁場不僅受永磁體的影響，還受轉子鐵心影響，特別是轉子鐵心中的隔磁橋。因此，隔磁橋的優(yōu)化設計一直都是內置式電機設計的難點。本文參照文獻 [1]，介紹一種內置式永磁電機隔磁橋的優(yōu)化方法，為大家提供一個設計思路。

1.?隔磁橋的參數

     隔磁橋主要受三個參數約束，分別是：初始位置，寬度和厚度。隔磁橋的初始位置會影響主磁場在機械圓周上所占的機械角度，本文中用θB表示，如圖1a所示。寬度和厚度則是隔磁橋的實際尺寸，會影響漏磁通以及轉子鐵心的機械強度，分別用Bw和dh來表示，如圖1b所示。因此，以上三個參數必須仔細設計，以保證優(yōu)良的電磁性能和安全的機械強度。

2.?設計思路

     對這三個參數進行優(yōu)化即可降低電機的轉矩脈動，提高轉矩性能。文獻[1]針對4極48槽電機，通過窮舉法來實現這一目標。電機的參數如表1所示。

表1

設計思路如下：1）根據永磁體的尺寸和轉子外徑的幾何約束，給出隔磁橋三個約束的備選尺寸，如圖2所示。2）將三個約束參數的三個尺寸排列組合，共有3³個方案，并對每個方案編號。值得注意的是，方案總數與每個參數的備選尺寸數有關，備選尺寸越多，總方案數越大。3）對上述27個方案依次仿真，選出最佳方案。

3.?設計結果

  27個方案的仿真結果如表2所示。從表2中可以看出，方案9的轉矩波動最大，而方案7的轉矩波動最小，最終選擇方案7為最終隔磁橋的尺寸。此外，仔細觀察還能發(fā)現，轉矩波動小于20%的方案有三個，分別是方案7，方案16和方案25。而他們的共同點是均采用θB1和Bw3，但他們的電磁轉矩卻隨著厚度的增加而減小。

表2

4.?隔磁橋開輔助槽

隔磁橋開輔助槽能進一步降低電機的轉矩波動。對方案7的隔磁橋添加輔助槽，輔助槽分別采用矩形槽和橢圓槽，如圖3所示。兩種槽的寬度和深度一致，只有槽型不同，如圖4所示。  

輔助槽的尺寸同樣需要優(yōu)化，仍采用窮舉法來實現，每個尺寸三個備選尺寸，共有3²個方案。此外，為比較不同方案的優(yōu)化效果，引入參數k_te來衡量各方案優(yōu)化結果。

各方案優(yōu)化結果如表3所示。

表3

從表3中可以看出，矩形槽中，方案6的k_te值最大。橢圓槽中，方案8的k_te值最大。將優(yōu)化前后的方案進行對比，輸出轉矩波形如圖5所示。

仿真結果表明，隔磁橋開輔助槽不僅能降低電機的轉矩波動，還能提高電機的輸出轉矩。 

總結：本文根據文獻[1]，介紹了內置式永磁電機隔磁橋的優(yōu)化設計方法，為電機設計人員提供參考。

參考文獻 [1] C. -H. Song, D. -H. Kim and K. -C. Kim. Design of a Novel IPMSM Bridge for Torque Ripple Reduction. IEEE Transactions on Magnetics, vol. 57, no. 2, pp. 1-4, Feb. 2021.

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