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永磁电机由于结构简单、功率密度大、效率高等优点,其在直驱领域中得到广泛的运用。然而,常规永磁电机无法满足低速大转矩的要求。根据磁场调制原理,游标电机在低速大转矩场合下具有很好的应用前景。然而,常规永磁电机一般将励磁方向相反的两种永磁体交替安装在电机上(该类电机在本文简称为N-S永磁电机),永磁体用量大。由于稀土永磁价格昂贵,导致电机价格居高不下。基于此,为提高永磁电机低速大转矩性能和容错能力,并降低其成本,本文将交替极(consequent-pole,CP)永磁阵列引入永磁游标电机,设计了一种聚磁型交替极容错永磁游标(flux-concentrating consequent-pole fault-tolerant permanent-magnet vernier machine,FC-CP-FT-PMV)电机,主要研究内容如下:1.探究了CP永磁电机气隙磁密、漏磁与永磁体结构的关系,探寻最佳极弧系数,使得该点下的有效磁通最大,漏磁最小,为CP永磁体尺寸的选择奠定了理论基础。2.基于CP永磁游标电机及其调制极的不均匀分布,分析了磁密谐波的增加机理;同时,结合电枢绕组磁动势分析工作谐波产生条件,并探究工作谐波如何产生反电势、电磁转矩。3.基于最优极弧系数,分析与比较N-S和CP永磁游标电机在不同极对数下的磁场调制效应、电磁性能。4.分析CP永磁游标电机的转子凸极铁心磁密,发现CP永磁游标电机存在严重的磁饱和问题,采用CP-Halbach永磁阵列对凸极铁心上的磁力线进行分流以削弱凸极铁心磁饱和;分析CP-Halbach永磁阵列的磁化角、极弧系数、永磁体厚度等与凸极铁心磁饱和、有效气隙磁密的关系,探寻CP-Halbach阵列永磁体的最佳尺寸和磁化角范围。5.比较分析N-S和CP永磁游标电机的边端漏磁,揭示CP永磁电机边端存在严重的轴向单极性漏磁;提出磁极交错式转子并引入磁障以削弱CP永磁电机的边端漏磁和交错式转子内部的极间漏磁。6.加工制造了一台FC-CP-FT-PMV样机,搭建了实验平台。测量样机的反电势、转矩性能、以及边端漏磁场,并与仿真结果进行比较以验证理论的准确性。