「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徐衍亮

团队介绍

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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。

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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，