双三相永磁同步电机电磁性能解析计算：傅里叶级数法与应用

本文主要探讨的是双三相永磁同步电机（Dually Three-Phase Permanent Magnet Brushless AC Machines, DTPM machines）的电磁性能解析计算方法。研究由华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室和郑州大学电气工程学院的作者Guo Yiyi、Zhou Xiaobing和Qi Ge合作完成。他们采用了傅里叶级数分析技术，这是一种在电磁工程领域广泛应用的数值分析工具，特别适用于处理复杂系统的波动和周期性行为。 文章的核心内容是建立了一个基于二维极坐标系的解析模型，这个模型将电机的电磁性能分析划分为四个子区域：槽、槽开口、气隙和永磁体。在这些子域中，分别使用拉普拉斯方程和泊松方程来求解矢量磁位，这是解决电磁场问题的关键步骤。通过分离变量法，作者们成功地将偏微分方程分解为可以独立求解的简单部分，这有助于简化计算过程。 研究涵盖了不同的磁化方式，包括径向、平行和Halbach排列，这些配置影响电机的磁场分布和效率。此外，作者还考虑了内/外永磁转子结构，这是设计双三相电机时的重要决策因素，因为它影响电机的结构强度和磁通密度。 模型的应用范围广泛，适用于处理分数槽集中绕组，特别是隔齿绕组和全齿绕组两种形式，这两种绕组方式对电机的电磁特性有着显著影响。通过解析模型，研究者能够精确计算出电机在空载状态下的磁场（包括空载磁场和电枢反应磁场），以及在负载条件下的电磁转矩和反电动势。 为了验证解析方法的有效性，作者将计算结果与有限元分析（Finite Element Method, FEM）的结果进行了对比，结果显示解析方法具有较高的精度，这对于电机设计和性能优化具有实际意义。本文的工作为理解和优化双三相永磁同步电机的电磁性能提供了重要的理论支持，对于电机工程师和研究人员来说，是一个深入理解这类电机内部电磁动态的关键参考文献。