CES TEMS 论文分享｜江苏大学朱孝勇等：基于主导气隙谐波改善轮毂永磁电机转矩和损耗特性|朱孝勇|永磁电机|江苏大学|电气|谐波|转矩|轮毂

Improvement of Torque and Loss Characteristics for an In-Wheel Permanent Magnet Motor based on Dominant Airgap Harmonic

Jiawei Ren; Xiaoyong Zhu; Li Quan; Zixuan Xiang

Jiangsu University, Zhenjiang, China

J. Ren, X. Zhu, L. Quan and Z. Xiang, "Improvement of Torque and Loss Characteristics for an In-Wheel Permanent Magnet Motor based on Dominant Airgap Harmonic," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, Vol. 9, No. 3, pp. 313-319, September 2025, DOI: 10.30941/CESTEMS.2025.00021.

摘要

本文研究了一种12/14极永磁轮毂电机在轮毂电机中的潜在应用，通过设计和优化相应的主导谐波，同时提高了转矩和降低了损耗。本研究的关键在于评估谐波对转矩和损耗的影响，并进一步确定与之相关的谐波。基于此，根据所选的主导谐波定义了转矩增强因子和损耗抑制因子。并将这两个因子设定为优化目标，旨在改善转矩和损耗特性。同时，为实现高效优化，提出了一种分层优化方法，包括磁源层和磁导层。通过优化，电机转矩得到了有效提高，同时转子铁耗也显著降低。然后，制造了一台原型电机进行实验测试。最后，仿真分析和测试结果验证了所研究电机和基于主导谐波的优化方法的可行性。

Abstract

In this paper, a 12/14-pole permanent magnet in-wheel motor is studied for potential in-wheel application, and the torque and loss are improved simultaneously based on designing and optimizing the corresponding dominant harmonics. The key of this study is to evaluate the contributions of harmonics on torque and loss, and further determines the harmonics related to them. Based on this, the torque enhancement factor and loss suppression factor are defined based on the selected dominant harmonics. And, the two factors are set as the optimization objectives, aiming at improving the characteristics of torque and loss. At the same time, to achieve an efficient optimization, a layered optimization method is presented, which includes magnet source layer and permeance layer. Based on the optimization, the motor torque is improved effectively, while the rotor iron loss is also reduced significantly. Then, a prototype motor is manufactured for experimental test. Finally, the simulation analysis and test results verify the validation of the studied motor and the proposed optimization method based on dominant harmonics.

电机结构：（a）常规辐条式永磁电机结构；（b）本文提出的SPM-IW电机结构

作者信息

任家玮，于2020年在河北工业大学获得应用物理学学士学位。目前，他正在江苏大学攻读电气工程博士学位。他目前的研究兴趣包括电动汽车（EV）用磁通调制永磁电机的设计与分析。

朱孝勇，分别于1997年和2002年获得江苏大学电气工程学士和硕士学位，并于2008年获得东南大学电气学院博士学位。自1999年起在江苏大学任教，现为电气信息工程学院教授。2007年至2008年，任香港大学电气电子工程系研究助理。2012年至2013年，他是美国密歇根大学能源资助研究生汽车技术教育中心电动驱动运输系的客座教授。目前的研究方向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。在这些领域，他撰写、合著了70多篇论文，并拥有12项专利。

全力，于1985年获合肥工业大学电机工程学士学位，1991年获东南大学电机与电气专业硕士学位，2007年获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，现任电气信息工程学院教授。他撰写、合著了100多篇论文。他的研究方向包括用于电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）的高性能永磁电机、双转子永磁电机和电机驱动控制。

项子旋，于2010年在湖北工业大学获得理学学士学位，2017年在江苏大学电气信息工程学院获得电力电子与电力传输博士学位。现任江苏大学电气信息工程学院副教授。他的研究方向包括用于电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）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。

《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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