永磁體助磁的單相雙凸極電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

上官璇峰，馬亞濤，王雙平，胡剛強(qiáng)，李飛祥

(河南理工大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，河南 焦作 454000)

家用電器對(duì)節(jié)能的要求越來(lái)越高，而其耗能主要集中在電機(jī)，這就需要制造更高效率的電機(jī)以達(dá)到家用電器日益提高的節(jié)能要求。家用電器常用電機(jī)為異步電機(jī)和永磁直流無(wú)刷電機(jī)。傳統(tǒng)的異步電機(jī)雖然價(jià)格低廉，但效率較低，不能滿足高效率要求。永磁直流無(wú)刷電機(jī)有較高效率，但是其永磁體位于轉(zhuǎn)子表面，不適合高速運(yùn)行，也容易發(fā)生不可逆退磁。定子永磁型雙凸極電機(jī)的出現(xiàn)不僅滿足了高效率要求，還解決了永磁體位于轉(zhuǎn)子側(cè)易發(fā)生不可逆退磁和不適合高速運(yùn)行兩方面問(wèn)題[1-3]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)定子永磁型雙凸極電機(jī)進(jìn)行了多方面的研究，取得了一系列研究成果，提出了很多理論方法，如磁力線劃分法[4]、非線性磁網(wǎng)絡(luò)法[5-6]、等效磁網(wǎng)絡(luò)模型法[7]、磁熱耦合法[8]等，并總結(jié)了一般定子永磁型電機(jī)的設(shè)計(jì)步驟[9]。該類(lèi)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)與普通永磁電機(jī)相同，大多采用雙閉環(huán)控制[10]。目前的研究主要集中在三相和多相，對(duì)于定子永磁型單相雙凸極電機(jī)的研究比較少。文獻(xiàn)[11]提出了一種具有非對(duì)稱(chēng)定子磁極的定子永磁型單相雙凸極電機(jī)，在探討工作原理的同時(shí)利用有限元仿真計(jì)算了其電磁性能。文獻(xiàn)[12]提出了一種徑向軸向雙磁路的定子永磁型單相雙凸極發(fā)電機(jī)，新結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)擁有更高的功率密度。

本文研究的永磁體助磁的單相雙凸極電機(jī)也是定子永磁型雙凸極電機(jī)的一種，其永磁材料為鐵氧體。文獻(xiàn)[13]利用有限元軟件仿真了該結(jié)構(gòu)電機(jī)的空載特性，提出了兩種不同的控制策略，但沒(méi)有給出具體的設(shè)計(jì)步驟。本文將結(jié)合開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)原則給出該電機(jī)的具體設(shè)計(jì)步驟，并分析不同參數(shù)變化對(duì)電機(jī)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。最后以電機(jī)效率為優(yōu)化目標(biāo)，利用田口法[14-15]對(duì)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。

1 電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 電機(jī)結(jié)構(gòu)

電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，電機(jī)有2個(gè)定子極和4個(gè)轉(zhuǎn)子極，其中每個(gè)定子極被中間隔磁槽分為左右2個(gè)半極。永磁體充磁方式為平行磁化，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)類(lèi)似于磁阻電機(jī)。

1.2 工作原理

電機(jī)定轉(zhuǎn)子極面之間采用錐形氣隙，使電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止位置相對(duì)均勻氣隙情況下可偏轉(zhuǎn)一定角度。當(dāng)繞組通電后電樞磁場(chǎng)和永磁磁場(chǎng)之間相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，反電勢(shì)第一次改變方向時(shí)電流也第一次換向，后續(xù)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)45°機(jī)械角度電流換向一次，最終達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。

2 基本方程

2.1 電勢(shì)方程

定子電路電壓和磁鏈方程如下

(1)

其中，r為繞組電阻；is為繞組電流；e為反電勢(shì)；ψ為磁鏈;ψpm為永磁體產(chǎn)生的磁鏈；L為繞組電感。

忽略電流對(duì)電感的影響，就等同于忽略了鐵心飽和，反電勢(shì)由下式表示

(2)

2.2 轉(zhuǎn)矩方程

忽略銅耗和鐵耗的情況下，電機(jī)電磁功率等于輸入功率，電磁功率可以被推出

(3)

其中，Wf為電樞繞組電感儲(chǔ)存的能量；Te為電磁轉(zhuǎn)矩;ωr為電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度。

由式(3)可得電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

(4)

其中，Tr為磁阻轉(zhuǎn)矩;Tm為永磁轉(zhuǎn)矩。

2.3 功率方程

電機(jī)理想情況下永磁體產(chǎn)生的磁鏈，輸入電壓和電流如圖2所示。

一個(gè)周期內(nèi)的平均輸入電功率可由下式表示

(5)

其中，T=θcr/ωr; ΔT=Δθ/ωr；θcr=2π/pr為轉(zhuǎn)子極距角，Δθ=θ2-θ1=θ3-θ2為半個(gè)周期角度；pr為轉(zhuǎn)子極數(shù)；ωr為轉(zhuǎn)子角速度；t1～t3分別為轉(zhuǎn)子位置θ1～θ3對(duì)應(yīng)時(shí)刻

(6)

(7)

假設(shè)電機(jī)效率為η，則輸出功率可由下式表示

(8)

電樞繞組端部電壓Um可由電機(jī)空載反電勢(shì)表示

Um=keE0

(9)

其中，ke為一個(gè)常數(shù)；E0為電機(jī)空載反電勢(shì)。

因此，電機(jī)輸出功率可由下式表示

(10)

空載反電勢(shì)可由下式表示

(11)

其中，φ為空載情況下通過(guò)電樞繞組的磁通量；Nc為電樞繞組匝數(shù)；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

基于永磁磁鏈的線性模型，式(11)可以被進(jìn)一步推導(dǎo)

(12)

電樞繞組最大磁通量為轉(zhuǎn)子極與定子極左半極或右半極對(duì)齊時(shí)，可由下式表示

(13)

其中，kd為弱磁系數(shù)；αs為定子極弧系數(shù)；s為定子極距；le為軸向長(zhǎng)度；Bδ為空載氣隙磁密幅值。

因此式(12)可以被表示為

(14)

電流幅值由下式表示

(15)

其中，ki為一個(gè)常數(shù)；Irms為電流有效值；Dsi為定子內(nèi)徑；As為電負(fù)荷。

將式(14)、式(15)代入式(10)中得

(16)

由式(16)可得Dsi、le與輸出功率之間的關(guān)系。

3 電機(jī)設(shè)計(jì)

電機(jī)初始設(shè)計(jì)要求如表1所示，電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)圖如圖3所示。

表1 電機(jī)初始設(shè)計(jì)要求Table 1. Initial design requirement of the motor

由式(16)可得電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)方程

(17)

一般情況下，kd、ke的取值在以下范圍

kd=0.89～0.93
ke=1.3～2.0

(18)

取kd=0.9，ke=1.3，ki的取值與電機(jī)的控制方式、實(shí)際運(yùn)行狀況有關(guān)，假設(shè)ki=1.2。本文設(shè)計(jì)的電機(jī)額定功率為45 W，可參照小功率永磁電機(jī)電負(fù)荷的選取經(jīng)驗(yàn)[14]，取As=3 000 A·m-1。取電機(jī)空載氣隙磁密Bδ=0.6 T。

將以上選取的參數(shù)值代入式(17)可得

(19)

電機(jī)定子內(nèi)徑與軸向長(zhǎng)度的取值由電機(jī)細(xì)長(zhǎng)比決定，細(xì)長(zhǎng)比由下式表示

(20)

取細(xì)長(zhǎng)比λ=0.5，則Dsi=42 mm，le=21 mm。

近似地認(rèn)為轉(zhuǎn)子外徑與定子內(nèi)徑相等，根據(jù)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可得

(21)

取其比值為0.5，則Dso=84 mm。

永磁體助磁的單相雙凸極電機(jī)有兩個(gè)氣隙。氣隙g為定轉(zhuǎn)子極齒表面之間的距離，稱(chēng)為第一氣隙。氣隙g1為定子極齒表面到轉(zhuǎn)子槽底部的距離，較小的第一氣隙可以得到更大的電磁轉(zhuǎn)矩。但考慮到實(shí)際安裝和加工工藝的限制，第一氣隙不宜過(guò)小。參考相同容量的普通永磁電機(jī)和異步電機(jī)，可初步選取電機(jī)第一氣隙g=0.4 mm。第二氣隙參考開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的第二氣隙選取方法，通常

g1=(20～30)g

(22)

取g1=23g=9.2 mm。

定子極隔磁槽寬度對(duì)電機(jī)整體運(yùn)行性能有重要影響，過(guò)窄，則永磁體漏磁嚴(yán)重；過(guò)寬，則定子極齒鐵心磁通密度過(guò)飽和，鐵耗增大，空載氣隙磁密減小，電機(jī)效率降低。因此，取定子極隔磁槽寬度c=4 mm。

轉(zhuǎn)子軛部h2應(yīng)保證軛部鐵心在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)最大磁通密度不過(guò)飽和，故軛部高度取值范圍可表示為

(23)

其中，bpr為轉(zhuǎn)子極齒寬度，初步取h2=7 mm。

電機(jī)軸徑Di選擇時(shí)不能過(guò)小，過(guò)小的軸徑不能滿足對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的要求，而且還會(huì)造成電機(jī)噪聲的增加，轉(zhuǎn)子振動(dòng)和偏心。

Di>=Dsi-2g1-2h2≈10 mm

(24)

定子左右軛部寬度

(25)

其中，bps為定子極齒寬度。

定子極上部和下部軛鐵高度為h1，該部分為主磁路，應(yīng)保證該部分鐵心在電機(jī)正常工作時(shí)不過(guò)飽和，故初步選取h1=8 mm。

選擇牌號(hào)為AC-7的鐵氧體作為永磁材料，在20 ℃環(huán)境溫度下，永磁體退磁特性近似為線性，如圖4所示。

永磁體工作點(diǎn)的剩磁BM、磁場(chǎng)強(qiáng)度HM分別表示為

(26)

(27)

其中，Br和Hc分別為永磁體的剩余磁通密度和矯頑力，通過(guò)安培定律可得

HMd=Hδg

(28)

其中，Hδ為氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度；d為永磁體磁化高度，從而可得

(29)

通常情況下BM/Br的取值范圍在0.7～0.9之間，本文選擇的永磁體剩磁Br=0.33 T，矯頑力Hc為260 000 A·m-1。

然后，將Bδ=0.6 T，Br=0.33 T，BM/Br=0.85，g=0.000 4 m，Hc=260 000 A·m-1代入式(29)可得到d≈4.8 mm。

由于電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，因此初步取磁橋?qū)挾葁2=0.5 mm，當(dāng)電機(jī)定子極隔磁槽和磁橋?qū)挾却_定后，永磁體寬度可由下式計(jì)算

wpm>=0.5(Dso-c-4w2)=39 mm

(30)

為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自起動(dòng)，定轉(zhuǎn)子極面之間采用錐形氣隙(漸變型氣隙)，定轉(zhuǎn)子極面之間最小氣隙為前文設(shè)計(jì)的氣隙g。氣隙形狀如圖5所示。

這里定義定轉(zhuǎn)子極面之間最大氣隙與最小氣隙比率為a

(31)

a的取值大小直接影響電機(jī)的整體性能，a過(guò)小則電機(jī)起動(dòng)能力差、起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、甚至不能正常起動(dòng)；a過(guò)大，則電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩峰值和氣隙磁阻增大。雖然電機(jī)的起動(dòng)能力得到提高，但效率會(huì)降低，轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速波動(dòng)增大。故初步選取a=1.5。

電機(jī)的最終主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 電機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)Table 2. Main design parameters of the motor

4 電機(jī)參數(shù)對(duì)電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能的影響

對(duì)于本文設(shè)計(jì)的永磁體助磁單相雙凸極電機(jī)，電機(jī)效率為重要的性能指標(biāo)之一。此外,單相電機(jī)的起動(dòng)能力也是需要考慮的性能指標(biāo)。在起動(dòng)過(guò)程中正向的齒槽轉(zhuǎn)矩有助于電機(jī)起動(dòng)，負(fù)向的齒槽轉(zhuǎn)矩會(huì)降低電機(jī)的起動(dòng)能力，所以分析不同電機(jī)參數(shù)值對(duì)電機(jī)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響，對(duì)于選擇合適的電機(jī)參數(shù)值至關(guān)重要。

4.1 定轉(zhuǎn)子極弧配合對(duì)電機(jī)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩的影響

不改變電機(jī)其它參數(shù)的情況下，不同定轉(zhuǎn)子極弧配合時(shí)一個(gè)周期內(nèi)的齒槽轉(zhuǎn)矩如圖6所示。不同定轉(zhuǎn)子極弧配合時(shí)電機(jī)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和如圖7所示。

通過(guò)有限元分析，定子極弧小于90°時(shí)，電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩在一個(gè)周期內(nèi)的形狀與圖6中曲線1近似，即在一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)第二個(gè)較大的正向峰值。當(dāng)定子極弧大于等于90°時(shí)，電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩在一個(gè)周期內(nèi)的形狀與圖6中曲線2近似。一個(gè)周期內(nèi)有第二個(gè)較大正向峰值時(shí)，無(wú)法確定電機(jī)停止工作時(shí)轉(zhuǎn)子的最終靜止位置，對(duì)電機(jī)的下次起動(dòng)造成影響，同時(shí)也會(huì)增大電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

由圖7(a)可以看出,不同定轉(zhuǎn)子極弧配合下，定轉(zhuǎn)子極弧配合為(80°,40°)、(100°,40°)時(shí)齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和分別為最大、最小值。定子極弧超過(guò)90°時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和會(huì)迅速減小，與轉(zhuǎn)子極弧取值無(wú)關(guān)，不利于電機(jī)起動(dòng)。但過(guò)大的齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和對(duì)于電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行不利，會(huì)增大電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。因此，在滿足電機(jī)起動(dòng)要求的前提下，盡量選擇齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和小的定轉(zhuǎn)子極弧配合。

由圖7(b)可知定轉(zhuǎn)子極弧配合為(80°,35°)、(100°,50°)時(shí)電機(jī)效率分別為最高和最低。轉(zhuǎn)子極弧為30°和35°時(shí)，隨著定子極弧的增加，電機(jī)效率都逐漸降低。轉(zhuǎn)子極弧為40°、45°、50°時(shí)，定子極弧從80°～85°變化時(shí)電機(jī)效率逐漸升高，都在85°時(shí)達(dá)到最大值，定子極弧繼續(xù)增加，效率都逐漸降低。轉(zhuǎn)子極弧為50°時(shí)，無(wú)論定子極弧取多大值。由于轉(zhuǎn)子體積增加過(guò)多，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變大，鐵耗升高，使電機(jī)效率始終低于其它定轉(zhuǎn)子極弧配合。

4.2 軸向長(zhǎng)度對(duì)電機(jī)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響

不改變電機(jī)其它參數(shù)的情況下，不同軸向長(zhǎng)度對(duì)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響如圖8所示。由圖8可知隨著電機(jī)軸向長(zhǎng)度的增加，電機(jī)體積增大，在相同的電樞電流下，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增加。在保證電機(jī)相同輸出功率和轉(zhuǎn)速情況下，電機(jī)效率隨著軸向長(zhǎng)度的增加不斷提高，齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和也隨著軸向長(zhǎng)度的增加不斷增大。

4.3 氣隙比率對(duì)電機(jī)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響

不改變電機(jī)其它參數(shù)的情況下，不同氣隙比率對(duì)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響如圖9所示。

隨著氣隙比率的增加,定轉(zhuǎn)子極面間氣隙磁阻增大，在保證電機(jī)額定運(yùn)行工況下，電樞電流升高，電樞繞組銅耗增加。電樞電流的升高使繞組產(chǎn)生磁通量增加，定轉(zhuǎn)子鐵心磁密升高，鐵心局部飽和程度增加，鐵耗增大，電機(jī)效率降低，齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和隨著氣隙比率的增加逐漸增大。

4.4 隔磁槽寬度對(duì)電機(jī)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響

不改變電機(jī)其它參數(shù)的情況下，不同隔磁槽寬度對(duì)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響如圖10所示。

由圖10可知，隨著隔磁槽寬度的增加，永磁體極間漏磁逐漸減小，電機(jī)效率提高。當(dāng)隔磁槽寬度為4.5 mm時(shí)效率達(dá)到最高，永磁體極間漏磁降至最低。如果隔磁槽寬度繼續(xù)增加，將導(dǎo)致定子極齒鐵心飽和，鐵耗增加，電機(jī)效率降低。齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和隨著隔磁槽寬度的增加而不斷增大。

4.5 永磁體磁化高度對(duì)電機(jī)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響

不改變電機(jī)其它參數(shù)的情況下，不同永磁體磁化高度對(duì)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響如圖11所示。

由圖11可知，隨著永磁體磁化高度的增加，永磁體產(chǎn)生的磁通不斷增加，電機(jī)效率提高，當(dāng)永磁體磁化高度增加到5.4 mm時(shí)，定子極齒鐵心接近飽和，電機(jī)效率達(dá)到最高。若繼續(xù)增加永磁體磁化高度，則鐵心飽和程度升高，繞組磁通量不再增加，鐵耗增大，電機(jī)效率不斷降低，齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和隨著永磁體磁化高度的增加不斷增大。

5 基于田口法的電機(jī)優(yōu)化

對(duì)于本文研究的永磁體助磁的單相雙凸極電機(jī)，在保證電機(jī)正常起動(dòng)情況下，電機(jī)的效率是最為關(guān)心的性能指標(biāo)，所以將電機(jī)效率作為優(yōu)化目標(biāo)。根據(jù)前一章節(jié)的分析，隨著電機(jī)軸向長(zhǎng)度的增加電機(jī)效率逐漸升高，但過(guò)大的軸向長(zhǎng)度將使電機(jī)功率密度降低、制造成本增加、齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值過(guò)大，故將軸向長(zhǎng)度定為30 mm。定子極弧小于90°時(shí)不利于電機(jī)的起動(dòng)，大于90°時(shí)電機(jī)效率下降明顯，故將定子極弧定為90°。最后將氣隙比率a、轉(zhuǎn)子極弧b、隔磁槽寬度c、永磁體磁化高度d作為優(yōu)化參數(shù)，其中氣隙比率a為2水平，其余參數(shù)為3水平，具體參數(shù)和水平值如表3所示。

表3 電機(jī)優(yōu)化參數(shù)取值范圍Table 3. Range of motor optimization parameters

由表3的參數(shù)進(jìn)行全部實(shí)驗(yàn)，共需要2×34=162實(shí)驗(yàn)次數(shù)，而采用田口法進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，則只需要18次實(shí)驗(yàn)分析,節(jié)省了大量的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)正交表及有限元分析結(jié)果如表4所示。

表4 正交矩陣及有限元分析結(jié)果Table 4. Orthogonal matrix and results of finite element analysis

為了分析各優(yōu)化參數(shù)對(duì)電機(jī)效率的影響，求解出每個(gè)參數(shù)每個(gè)水平下的平均值，例如轉(zhuǎn)子極弧b在水平1下的電機(jī)效率平均值，計(jì)算式如下

(32)

式中，ηb1為某個(gè)參數(shù)某個(gè)水平下效率的平均值;η(n)為包含該水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。相同方法求解其它參數(shù)不同水平平均值如表5所示。

表5 各參數(shù)每個(gè)水平電機(jī)效率平均值Table 5. Average of the efficiency of the motor at each level of different parameters

對(duì)表5的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到電機(jī)各參數(shù)不同水平值下效率平均值,如圖12所示。

進(jìn)一步應(yīng)用方差分析法對(duì)各參數(shù)變化對(duì)電機(jī)效率影響所占的比重進(jìn)行分析。比重用SS表示，計(jì)算式如下

(33)

其中，xi為優(yōu)化參數(shù)；S為電機(jī)效率;mxi(Si)為表5中x的第i個(gè)水平下電機(jī)效率S的平均值;m(S)為表4中S的平均值。最終計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 各參數(shù)對(duì)電機(jī)效率影響所占比重Table 6. Proportion of the influence of each parameter on the efficiency of the motor

由表6可知,隔磁槽寬度對(duì)電機(jī)效率影響最大，其次為永磁體磁化高度，對(duì)電機(jī)效率影響最小的為氣隙比率。由表4可知,實(shí)驗(yàn)8電機(jī)效率最高。故最優(yōu)的電機(jī)參數(shù)組合為氣隙比率1.5、轉(zhuǎn)子極弧40°、隔磁槽寬度4.5 mm、永磁體磁化高度5.7 mm。優(yōu)化后電機(jī)效率為89.86%，相比優(yōu)化前的85.40%提高了4.46%。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文推導(dǎo)了永磁體助磁的單相雙凸極電機(jī)在理想運(yùn)行工況下的基本方程，利用推導(dǎo)的功率方程結(jié)合開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)出一臺(tái)額定功率45 W，額定轉(zhuǎn)速2 000 r·min-1的永磁體助磁的單相雙凸極電機(jī)。然后分析了不同定轉(zhuǎn)子極弧配合、氣隙比率、軸向長(zhǎng)度、隔磁槽寬度、永磁體磁化高度對(duì)電機(jī)效率和齒槽轉(zhuǎn)矩正負(fù)峰值代數(shù)和的影響，為電機(jī)的優(yōu)化提供了參考。最后以電機(jī)效率為優(yōu)化目標(biāo)，利用田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后電機(jī)效率為89.86%，相比優(yōu)化前提高了4.46%。各優(yōu)化參數(shù)中對(duì)電機(jī)效率影響所占比重最大的為隔磁槽寬度，其次為永磁體磁化高度，最小為氣隙比率。

總結(jié)出的設(shè)計(jì)流程對(duì)該類(lèi)型電機(jī)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。但在本文設(shè)計(jì)中假設(shè)了一些理想情況，后續(xù)還需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。