复合材料在轴向磁场永磁风力发电机中的应用

一、引言

　　用于低速直驱风能系统的径向磁场永磁同步发电机的外形是一个扁平的大圆盘，这种
电机的定子内径大、转子尺寸和转动惯量也大。这对平抑风力起伏引起电动势的波动是有利
的，但也对电机控制提出了更高的要求。另外，直驱式永磁同步发电机通常比传统发电机质
量要大、经济性要差。为了在商业上更具竞争力，必须对低速大直径的发电机在成本、功率密
度和效率等方面进行优化。

　　众所周知，如果电机的极数足够多，轴向长度与外径的比率足够小时，轴向磁场电机
比传统径向磁场电机在转矩和功率密度方面有较大的优势。轴向磁场永磁电机还具有转动惯
量小、定子绕组散热条件良好的优点，还可以做成多定子、多转子的多气隙结构，以提高输
出功率。因此轴向永磁同步发电机适合应用于直驱风能转换的场合。

　　轴向磁通电机的主要缺陷与定子铁心的制造有关。定子铁心是通过将硅钢片带料卷绕后
再进行槽加工或将冲好槽的硅钢片带料卷绕而成。在槽加工过程中，会遇到叠片之间的短路
问题，当绕制冲好槽的叠片带时，存在预先打孔的槽难以对齐的问题。用压制的软磁复合
（以下简称

sMc）材料做成的铁心为上述难题提供一个解决的办法。

　　近来，

sMc 材料低频特性的改善使得它在电机设计应用中获得了广泛的兴趣。sMc 材料

和粉末冶金挤压加工的独特优点是：它使复杂结构容易成形，克服传统的有槽叠片定子铁
心制造中的一些缺陷。在硅钢片叠片铁心的电机中，在平面磁路中可获得良好的磁性能，它
产生的是一个二维磁路，这限制了设计的可能性。在

sMc 材料中绝缘的铁粒可以产生等方

性的磁性能。因此，在磁极组件设计中可以获得三维磁路，为电机设计者提供了新的设计方
法。

　　二、轴向磁场电机的结构特点

　　

1、轴向磁场电机存在的缺点

　　轴向磁场电机的磁场是轴向的，定、转子在电机中对等放置，定、转子均为圆盘形，因
此也称为盘式电机。定子铁心一般由双面绝缘的冷轧硅钢片带料冲制卷绕而成，在硅钢带上，
每隔一定距离冲出一个形状尺寸完全相同的槽，在保证对应槽一一对齐的条件下经卷绕便
可形成端面带有下线槽的定子铁心。定子绕组有效导体在空间上呈径向分布。转子为高磁能
积的永磁体，固定在圆盘形铁心上，轴向电机定子的铁心加工是电机制造的关键。

　　在实际生产中，由于冲裁工艺的种种不足以及定子铁心本身结构的独特性，硅钢片的
厚度极薄，为

0.5～1.0 mm，因而在圆周自动成形上或多或少都存在着如下问题：对齐槽孔