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[军营里的摄影]山东大学徐衍亮团队特稿：盘式横向磁通永磁无刷电机的新结构

团队介绍
[军营里的摄影]山东大学徐衍亮团队特稿：盘式横向磁通永磁无刷电机的新结构
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徐衍亮 ， 山东大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 ， 微电机编委 ， IJAEM编委 ， 中国电工技术学会直线电机专委会委员 。 研究方向永磁电机及特种电机的设计及控制、电动汽车电驱动系统研究、磁悬浮轴承的设计及控制 。
作为负责人或主研参与50余项科研项目的研究 ， 包括国家自然科学基金项目、国家863计划项目、山东省科技重大专项（新兴产业）、山东省2017年重点研发计划等 。 在IEEETransaction、IET、中国电机工程学报、电工技术学报等国内外学术刊物发表学术论文60余篇 ， 已授权发明专利12项 。
[军营里的摄影]山东大学徐衍亮团队特稿：盘式横向磁通永磁无刷电机的新结构
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崔波 ， 山东大学硕士研究生 ， 研究方向为永磁同步电机矢量控制技术 。 曾参与包含国家自然科学基金、国家863计划项目、山东省重点研发计划项目在内的科研项目6项 ， 发表论文5篇 。 目前就职于国网山东省电力公司临沂供电公司 。
导语
盘式横向磁通电机（DTFM）电磁负荷相互解耦 ， 功率密度高 ， 轴向长度短 ， 具有很好的应用前景 。 本文基于DTFM的原理特点以及软磁复合材料（SMC）和叠片硅钢材料（Si-Steel）两者间铁磁性能的互补性 ， 提出SMC和Si-Steel组合（SMC-Si）铁心DTFM 。
该种电机主要采用SMC定子齿和Si-Steel定子轭组合方式 ， 可以充分利用SMC材料和Si-Steel材料的优势 ， 避免或削弱其缺点 ， 提高DTFM的性能 ， 同时提高了电机的机械强度、降低了电机的加工装配难度 。 SMC定子极靴的存在对降低电机有效气隙、提高永磁体的利用率以及降低电机的齿槽转矩具有重要意义 。
研究背景
盘式横向磁通永磁无刷电机（简称为DTFM）综合了盘式永磁无刷电机、分数槽集中绕组永磁无刷电机及横向磁通永磁无刷电机的综合优势 ， 具有高效、高功率密度、高转矩密度特点 。 但传统的Si-Steel定子铁心DTFM存在槽满率以及减小有效气隙的矛盾 。
软磁复合材料（SMC）作为一种新型软磁材料可用于电机设计 ， 具有高频铁耗低、磁热各向同性的特点 。 因此 ， SMC材料更适用于具有三维磁路的永磁电机中 。 但SMC电机也只利用了SMC材料的各向磁同性的优点 ， 其低频铁耗高、导磁率低的缺点并没有避免或削弱 。
因此需要充分利用SMC材料和Si-Steel材料的优势 ， 避免或削弱其缺点 ， 开发出高性能的永磁电机 。
论文方法及创新点
本文针对传统Si-SteelC型铁心DTFM的缺点 ， 提出一种以SMC为定子极靴、以Si-Steel为定子极身的3相10转子极12定子极SMC-Si组合C型铁心DTFM 。 图1给出了SMC-Si铁心DTFM结构图 。
由于增加了由SMC材料制成的定子极靴 ， 使电机具有降低电机有效气隙、提高永磁体的利用率、降低电机的齿槽转矩的优势 。 同时 ， 由于SMC定子极靴厚度较小而截面积较大 ， 克服了SMC磁导率低、低频运行铁耗较高的缺点 。
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图1SMC-Si铁心DTFM结构图
为验证SMC定子极靴对提高DTFM性能的意义 ， 对不同材料定子模块铁心DTFM进行性能比较 。 采用三维电磁场的有限元方法 ， 得到三种电机在额定转速3000r/min下的空载相电动势波形如图2所示 。
可以看出 ， SMC-Si铁心DTFM的永磁相电动势最高 ， 这是由于SMC-Si铁心DTFM的定子极靴减小了有效气隙；SMC铁心DTFM永磁相电动势最低 ， 这是由SMC材料导磁率低造成的 。
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图2三种电机空载相电动势波形比较
图3为三种电机的齿槽转矩波形比较 。 可以看出 ， 三者具有相近的齿槽转矩 ，


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