为了解决传统永磁电机转矩密度的提升越来越缓慢，跟不上新能源汽车、新能源发电等新兴行业需求的问题，研究人员从电机基础理论和拓扑结构出发，提出了一种新型电机，即游标永磁电机，它翻译自英文“Vernier motor”。

游标永磁电机的定子极对数ps与转子极对数pr不相等，(pr/ps)个转子极对应1个定子极，这种现象类似于游标卡尺上下刻度的对应关系，因此命名为游标电机。

游标永磁电机基于磁场调制原理产生稳态转矩，其电磁转矩除了与电、磁负荷有关外，还要乘以一个转矩放大系数PR（即极比），因此从外特性看，游标永磁电机相当于一台普通永磁电机加一台变比为PR的电磁齿轮的组合。因此，从原理上游标永磁电机具有较传统永磁电机更高的转矩密度，并已经得到了相关分析、仿真和实验的证明。

根据励磁方式的不同，游标永磁电机主要包括径向励磁游标永磁电机、海尔贝克磁钢游标永磁电机和切向励磁游标永磁（Spoke-Array Vernier Permanent Magnet, SA-VPM）电机三种。切向励磁方式具有聚磁效应，气隙磁通密度更高。因此，在相同的电机体积和散热条件下，SA-VPM电机的反电动势更高、转矩密度也更高。

图1 切向励磁游标永磁电机拓扑结构

然而，研究人员发现高极比SA-VPM电机存在严重的“磁障效应”，造成定子轭部磁通密度反而下降，严重限制了SA-VPM电机的转矩性能。

为了解决传统SA-VPM电机存在“磁障效应”的问题，强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学）的研究人员在2020年第15期《电工技术学报》上撰文，提出了一种新型带连接桥交替极切向励磁游标永磁电机。

图2 空载时磁通密度分布对比

图3 负载时磁通密度分布对比

该新型电机磁钢极性相同，用量仅为传统拓扑的一半。与永磁体相邻的连接桥和转子轭部为主磁场提供通路，从而减小气隙磁阻，增加少极工作磁通密度并提升反电动势和转矩密度。

有限元分析可知极比越高，新型SA-VPM电机优势越明显。极比为11的新型SA-VPM电机的空载反电动势比传统SA-VPM电机高87.3%，平均转矩高23.6%且转矩脉动更低。同时，新型SA-VPM电机的永磁体用量减少了56.28%，因此转矩/永磁体用量的值约是传统SA-VPM电机的2.83倍，电机成本大幅下降。

本文编自2020年第15期《电工技术学报》，原文标题为“一种交替极切向励磁游标永磁电机的分析与设计”，作者为梁子漪、曲荣海 等。