CES TEMS 论文分享｜江苏大学全力等：基于凸极率视角的内置式永磁电机低振设计与研究

Low Vibration Design and Investigation of an Interior Permanent Magnet Motor in the Perspective of the Saliency Ratio

Hui Qu; Li Quan; Xiaoyong Zhu; Zixuan Xiang; Teng Liu; Jiamin Bai

Jiangsu University, Zhenjiang, China

H. Qu, L. Quan, X. Zhu, Z. Xiang, T. Liu and J. Bai, "Low Vibration Design and Investigation of an Interior Permanent Magnet Motor in the Perspective of the Saliency Ratio," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, Vol. 9, No. 4, pp. 434-444, December 2025, DOI: 10.30941/CESTEMS.2025.00040.

摘 要

为解决电动汽车永磁电机在弱磁转速扩展运行中电磁振动加剧的问题，本文从凸极率角度提出一种永磁电机的低振动设计方法。首先，通过建立磁弱化运行下的振动分析理论模型，揭示了振动机理：磁弱化运行下高阶电枢磁动势谐波导致径向电磁力增强。其次，深入探究了凸极率与电枢磁动势之间的内在关系。本研究提出一种基于凸极率的新型设计方法，用于优化引发显著电磁振动的关键电枢磁动势谐波。为此开发了采用椭圆弧复合磁路屏蔽的创新转子拓扑结构。通过以凸极率与转矩为协同优化目标，实现振动抑制与转矩输出性能的平衡。最终制造并测试了原型机，理论与实验分析均验证了电机及设计方法的有效性。

Abstract

To address the issue of increased electromagnetic vibration in permanent magnet (PM) motors for electric vehicles under flux-weakening speed extension operation, this paper proposes a low-vibration design method for PM motors from the perspective of saliency ratio. First, by establishing a theoretical model for vibration analysis under flux-weakening operation, it reveals the vibration mechanism whereby high-order armature magnetomotive force (ARM-MMF) harmonics under flux-weakening operation leads to enhanced radial electromagnetic force (REF). Second, an in-depth investigation into the intrinsic relationship between saliency ratio and ARM-MMF is conducted. This study proposes a novel methodology to design key ARM-MMF harmonics that induce significant electromagnetic vibration from the perspective of the saliency ratio. An innovative rotor topology featuring elliptical-arc composite flux barriers is developed to implement this approach. Furthermore, and synergistic optimization is performed with the saliency ratio and torque as optimization objectives to balance vibration suppression and torque output performance. Finally, a prototype is manufactured and tested. Both theoretical and experimental analyses validated the effectiveness of the motor and the proposed design method.

永磁电机的操作要求（a）36槽8极内永磁体（IPM）电机的结构场（b）可变运行条件下的永磁电机

作者信息

瞿慧，于2023年获得金陵科技学院自动化专业学士学位。她目前正在江苏大学攻读控制工程硕士学位。她的研究兴趣包括电动汽车发夹绕组电机的设计和振动性能分析。

全力，于1985年获得合肥工业大学电气工程学士学位，1991年获得东南大学电机与电气专业硕士学位，2007年获得南京航空航天大学电力电子与动力传动博士学位。自1998年以来，他一直在江苏大学工作，目前是电气与信息工程学院的教授。他撰写或合著了100多篇技术论文、一本教科书，并在这些领域拥有三项专利。他的教学和研究兴趣包括电动汽车用高性能永磁电机、混合动力电动汽车用双转子永磁电机和电机驱动控制。

朱孝勇（Member，IEEE），分别于1997年和2002年获得江苏大学电气工程学士学位和硕士学位，并于2008年获得东南大学电气工程学院电机与电器博士学位。在博士学习期间，他的学科是电气工程，主要研究混合励磁永磁电机的设计、分析和控制。自1999年以来，他一直在江苏大学工作，目前是电气信息工程学院的教授。2007年至2008年，他是香港大学电气与电子工程系的研究助理。2012年至2013年，他担任美国密歇根州迪尔伯恩密歇根大学能源资助的电动驱动运输研究生汽车技术教育中心的客座教授。他撰写或合著了70多篇参考技术论文，并拥有12项与其研究兴趣相关的专利，其中包括宽转速范围电机、少稀土永磁电机和多端口永磁电机的设计和驱动控制。

项子旋（Member，IEEE），于2010年获得湖北工业大学电气工程与自动化学士学位，2017年获得江苏大学电气与信息工程学院电力电子与输电博士学位。现任江苏大学电气与信息工程学院副教授。他的主要研究兴趣包括用于现代电动汽车和混合动力电动汽车的高性能永磁电机和新型双机械端口永磁电机的设计、优化和驱动控制。

刘腾，于2021年获得江苏大学电气工程与自动化学士学位，目前正在攻读电气工程博士学位。他目前的研究兴趣包括低速、高扭矩输出、振动和声噪声永磁电机的设计和分析。

白佳敏，于2021年获得上海科技大学电气工程与自动化学士学位，目前正在攻读电气工程博士学位。她目前的研究兴趣包括应用于现代电动汽车和混合动力电动汽车的永磁电机的设计和优化。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE 副主席 Don Tan 博士为国际主编。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。

中国电工技术学会

新媒体平台

学会官方微信

电工技术学报

CES电气

学会官方B站

CES TEMS

今日头条号

学会科普微信

抖音号