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為了解決傳統(tǒng)永磁電機轉(zhuǎn)矩密度的提升越來越緩慢，跟不上新能源汽車、新能源發(fā)電等新興行業(yè)需求的問題，研究人員從電機基礎理論和拓撲結(jié)構(gòu)出發(fā)，提出了一種新型電機，即游標永磁電機，它翻譯自英文“Vernier motor”。

游標永磁電機的定子極對數(shù)ps與轉(zhuǎn)子極對數(shù)pr不相等，(pr/ps)個轉(zhuǎn)子極對應1個定子極，這種現(xiàn)象類似于游標卡尺上下刻度的對應關(guān)系，因此命名為游標電機。

游標永磁電機基于磁場調(diào)制原理產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩，其電磁轉(zhuǎn)矩除了與電、磁負荷有關(guān)外，還要乘以一個轉(zhuǎn)矩放大系數(shù)PR（即極比），因此從外特性看，游標永磁電機相當于一臺普通永磁電機加一臺變比為PR的電磁齒輪的組合。因此，從原理上游標永磁電機具有較傳統(tǒng)永磁電機更高的轉(zhuǎn)矩密度，并已經(jīng)得到了相關(guān)分析、仿真和實驗的證明。

根據(jù)勵磁方式的不同，游標永磁電機主要包括徑向勵磁游標永磁電機、海爾貝克磁鋼游標永磁電機和切向勵磁游標永磁（Spoke-Array Vernier Permanent Magnet, SA-VPM）電機三種。切向勵磁方式具有聚磁效應，氣隙磁通密度更高。因此，在相同的電機體積和散熱條件下，SA-VPM電機的反電動勢更高、轉(zhuǎn)矩密度也更高。

圖1 切向勵磁游標永磁電機拓撲結(jié)構(gòu)

然而，研究人員發(fā)現(xiàn)高極比SA-VPM電機存在嚴重的“磁障效應”，造成定子軛部磁通密度反而下降，嚴重限制了SA-VPM電機的轉(zhuǎn)矩性能。

為了解決傳統(tǒng)SA-VPM電機存在“磁障效應”的問題，強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室（華中科技大學）的研究人員在2020年第15期《電工技術(shù)學報》上撰文，提出了一種新型帶連接橋交替極切向勵磁游標永磁電機。

圖2 空載時磁通密度分布對比

圖3 負載時磁通密度分布對比

該新型電機磁鋼極性相同，用量僅為傳統(tǒng)拓撲的一半。與永磁體相鄰的連接橋和轉(zhuǎn)子軛部為主磁場提供通路，從而減小氣隙磁阻，增加少極工作磁通密度并提升反電動勢和轉(zhuǎn)矩密度。

有限元分析可知極比越高，新型SA-VPM電機優(yōu)勢越明顯。極比為11的新型SA-VPM電機的空載反電動勢比傳統(tǒng)SA-VPM電機高87.3%，平均轉(zhuǎn)矩高23.6%且轉(zhuǎn)矩脈動更低。同時，新型SA-VPM電機的永磁體用量減少了56.28%，因此轉(zhuǎn)矩/永磁體用量的值約是傳統(tǒng)SA-VPM電機的2.83倍，電機成本大幅下降。

本文編自2020年第15期《電工技術(shù)學報》，原文標題為“一種交替極切向勵磁游標永磁電機的分析與設計”，作者為梁子漪、曲榮海 等。