Additional Magnetic Field of Dual-Parallel Rotor Permanent Magnet Synchronous Motor and its Influence on Electromagnetic Torque

Yang Chen; Dajun Tao; Baojun Ge

Harbin University of Science and Technology, Harbin, China

Y. Chen, D. Tao and B. Ge, "Additional Magnetic Field of Dual-Parallel Rotor Permanent Magnet Synchronous Motor and its Influence on Electromagnetic Torque," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 9, no. 2, pp. 189-198, June 2025, doi: 10.30941/CESTEMS.2025.00015.

摘 要

双并列转子连体定子永磁同步电机的耦合效应不仅影响耦合区内磁场，还会在隙中产生增量磁场，本文对增量磁场特性及其对电磁转矩的影响展开研究。简述电机的拓扑结构及参数，通过建立两种边界条件下的仿真模型，证明增量磁场的存在，并总结增量磁场的分布规律；对增量磁场特性进行分析，探明增量磁场的来源，建立其解析模型，探讨关键参数对增量磁场的影响；在此基础上，研究增量磁场对电机电磁转矩的影响，构建增量转矩解析表达式，分析其波动规律，提出增量磁场分离模型进行仿真验证；理论和仿真结果揭示和完善了通过优化占空角和耦合间距能够削弱电机转矩脉动的内在机理。最后，研制一台双并列转子连体定子永磁同步电机，搭建试验平台，验证所提理论的正确性和有限元模型的准确性。

Abstract

The coupling effect of dual-parallel rotor connected stator permanent magnet synchronous motor not only affects the magnetic field in the coupling area, but also generates an additional magnetic field in the uncoupled area. The characteristics of the additional magnetic field and its influence on electromagnetic torque are studied in this paper. The topology and parameters of motor are described briefly. The existence of additional magnetic field is proved by the simulation models under two boundary conditions, and its characteristics and source are analyzed. The analytical model is established, and the influence of key parameters on the additional magnetic field is discussed. On this basis, the influence of the additional magnetic field on the electromagnetic torque of the motor is studied, and the analytical expression of the additional torque is constructed. The fluctuation rule is analyzed, and the additional magnetic field separation model is proposed. The theoretical analysis and simulation results reveal and improve the internal mechanism of reducing motor torque ripple by optimizing the duty angle and coupling distance. Finally, a prototype test platform is built to verify the correctness of the proposed theory and the accuracy of the simulation model.

（a） 整体结构

（b） 电磁结构

图1 DRCS-PMSM的拓扑结构

图2 增量磁密的有效值及谐波分析

图3 样机测试平台

作者信息

陈阳，分别于2018年和2021年获得沈阳工业大学电气工程学士学位和硕士学位，于2025年获得哈尔滨理工大学电气工程博士学位。发表SCI、EI检索的期刊论文6篇，EI检索的国际会议论文2篇。曾获辽宁省优秀毕业生、黑龙江省优秀毕业生、国家奖学金等，主要的研究方向为：永磁及特种电机的基础理论和应用技术。

陶大军，分别于2005年、2008年和2013年获得哈尔滨理工大学电气工程学士学位、硕士学位和博士学位，现任哈尔滨理工大学研究生处处长、电气与电子工程学院教授。主持完成国家自然科学基金项目2项，省博士后基金、创新人才项目、企业委托项目等10项。发表学术论文50余篇，其中SCI、EI收录20余篇，授权专利20余件。主要的研究方向为：大电机基础理论与应用技术、新型特种电机理论与分析。

戈宝军，分别于1982年和1985年获得哈尔滨理工大学电气工程学士学位和硕士学位，于1999年获得哈尔滨工业大学电气工程博士学位，现为哈尔滨理工大学教授。主持完成国家重点攻关项目、国家科技重大专项、国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目、国家科技部合作项目、黑龙江省自然科学基金项目等项目30余项。发表论文150余篇，其中SCI、EI检索100余篇。主要的研究方向为：大电机与特种电机、发电新技术和电能质量控制技术。

《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。

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