软磁复合材料在轴向磁场永磁风力发电机中的应用

组。将绕组制造成一个集中绕组，这可以使相绕组的端部连接缩短，绕组电阻减小，因而可以降低铜耗。
    三、SMC材料的特性
    在轴向磁场电机中所用SMC：材料由表面盖有绝缘薄膜的软磁铁粉粒压制而成。将具有良好磁性能的高纯度铁粉与树脂粘合济混合在一起，经过处理后产生一种具有高密度和高强度且压缩性极好的物质。首先将铁粉和润滑剂混合物进行挤压，在挤压过程中，在粉末间产生了应力，这可以通过在足够高的温度下，对组合件进行热处理来释放。铁粉粒在电气上彼此绝缘，确保SM(：材料有一个高的电阻率。SMC材料的电阻率、机械性能和磁性能取决于铁粉粒的大小、密度、绝缘层厚度、挤压过程和热处理周期。因此可以调节sMc材料的特性以适合某些应用的特殊要求。
    一般说来，SMC材料的饱和磁密和相对磁导率低于硅钢片，如图2所示。造成磁导率低的原因是在SMC组件中的磁通必须不断地通过铁粉粒之间的非磁性绝缘。将sMc材料用于电机中，因其电阻率高，它产生的涡流损耗低于硅钢片材料的电机。然而，采用SMC：材料的电机，其磁滞损耗要高些。SMC材料和硅钢片所产生的总的铁耗比较，如图3所示。SMC损耗高的另一个原因是由于sMc铁心加工表面上铁粉粒之间的绝缘被损坏，因而使其表面的涡流损耗过大。因此SMc定子铁心应该进行很好的压制。
    四、SMC材料在直驱式永磁同步风力发电机中的应用
    虽然SMC材料与硅钢片相比，相对磁导率低，铁心的磁滞损耗大。然而由于直驱永磁风力发电机本身的特点，SMc材料的相对磁导率低可以得到改善。
    （1）在直驱式风能转换系统中，发电机的运行转速较低，因此SM(：材料的高铁心损耗可以得到弥补。在各种额定功率和额定风速下，发电机的运行频率通常在30～80 Hz。在这运行频率下的铁心损耗并不是直驱式永磁风力发电机总损耗的主要来源，这些损耗只占总损耗的一小部分。特别是与定子铜耗相比，就更少了。因此sMc材料的高铁心损耗在永磁风力发电机的设计中是允许的。
    （2）在永磁风力发电机设计中，由于永磁体安装在转子表面，有效气隙较大，磁路的磁阻本身较大，因此设计时对sMc材料的低磁导率不敏感，因而弥补SMC材料的相对磁导率较低。
    （3）在电机设计中，所需最小定子轭厚度与极数成反比，因此在直驱永磁风力发电机中，所需的轭厚通常较短，磁路也要短些。尤其是在轴向磁场电机中，磁通轴向通过位于中央的没有轭的定子或转子，通过外转子或外定子轭部返回以完全消除中间定子或转子的磁轭，这可以使磁路也有助于弥补SMC：材料的相对磁导率较低的不足。
    本文基于SMC设计了一个有两个外转子、一个内定子的轴向磁场(以下简称AFPM)永磁风力发电机。额定数据为：1 .75 kw，210 V，28极。使用有限元法将基于SMC的轴向永磁风力发电机与采用硅钢片定子铁心的AFPM风力发电机进行了比较，如图4所示。可以看出：尽管SMC的相对磁导率较低，然而两种不同铁心的气隙磁密相差并不是很大。
    五、结语
    运行速度低、极数多并且永磁体安装在转子表面的特点都有利于将SMC材料应用于永磁风力发电机的设计中。再者，在双转子单定子结构中，磁通从一个转子通过气隙进入定子后再通过气隙进入另一个转子，可以取消中间定子的磁轭，使磁路进一步缩短，以弥补SMC磁导率低的不足。尽管SMC材料的磁导率低，铁心损耗大，但使用SMC代替硅钢片铁心的其它许多优点完全可以弥补这个不足。
    SMC铁心部件的压制是关键，SMC组件的加工会使性能下降，因此还需要进一步研究。