軟磁復合材料在軸向磁場永磁風力發電機中的應用

組。將繞組制造成一個集中繞組，這可以使相繞組的端部連接縮短，繞組電阻減小，因而可以降低銅耗。
    三、SMC材料的特性
    在軸向磁場電機中所用SMC：材料由表面蓋有絕緣薄膜的軟磁鐵粉粒壓制而成。將具有良好磁性能的高純度鐵粉與樹脂粘合濟混合在一起，經過處理后產生一種具有高密度和高強度且壓縮性極好的物質。首先將鐵粉和潤滑劑混合物進行擠壓，在擠壓過程中，在粉末間產生了應力，這可以通過在足夠高的溫度下，對組合件進行熱處理來釋放。鐵粉粒在電氣上彼此絕緣，確保SM(：材料有一個高的電阻率。SMC材料的電阻率、機械性能和磁性能取決于鐵粉粒的大小、密度、絕緣層厚度、擠壓過程和熱處理周期。因此可以調節sMc材料的特性以適合某些應用的特殊要求。
    一般說來，SMC材料的飽和磁密和相對磁導率低于硅鋼片，如圖2所示。造成磁導率低的原因是在SMC組件中的磁通必須不斷地通過鐵粉粒之間的非磁性絕緣。將sMc材料用于電機中，因其電阻率高，它產生的渦流損耗低于硅鋼片材料的電機。然而，采用SMC：材料的電機，其磁滯損耗要高些。SMC材料和硅鋼片所產生的總的鐵耗比較，如圖3所示。SMC損耗高的另一個原因是由于sMc鐵心加工表面上鐵粉粒之間的絕緣被損壞，因而使其表面的渦流損耗過大。因此SMc定子鐵心應該進行很好的壓制。
    四、SMC材料在直驅式永磁同步風力發電機中的應用
    雖然SMC材料與硅鋼片相比，相對磁導率低，鐵心的磁滯損耗大。然而由于直驅永磁風力發電機本身的特點，SMc材料的相對磁導率低可以得到改善。
    （1）在直驅式風能轉換系統中，發電機的運行轉速較低，因此SM(：材料的高鐵心損耗可以得到彌補。在各種額定功率和額定風速下，發電機的運行頻率通常在30～80 Hz。在這運行頻率下的鐵心損耗并不是直驅式永磁風力發電機總損耗的主要來源，這些損耗只占總損耗的一小部分。特別是與定子銅耗相比，就更少了。因此sMc材料的高鐵心損耗在永磁風力發電機的設計中是允許的。
    （2）在永磁風力發電機設計中，由于永磁體安裝在轉子表面，有效氣隙較大，磁路的磁阻本身較大，因此設計時對sMc材料的低磁導率不敏感，因而彌補SMC材料的相對磁導率較低。
    （3）在電機設計中，所需最小定子軛厚度與極數成反比，因此在直驅永磁風力發電機中，所需的軛厚通常較短，磁路也要短些。尤其是在軸向磁場電機中，磁通軸向通過位于中央的沒有軛的定子或轉子，通過外轉子或外定子軛部返回以完全消除中間定子或轉子的磁軛，這可以使磁路也有助于彌補SMC：材料的相對磁導率較低的不足。
    本文基于SMC設計了一個有兩個外轉子、一個內定子的軸向磁場(以下簡稱AFPM)永磁風力發電機。額定數據為：1 .75 kw，210 V，28極。使用有限元法將基于SMC的軸向永磁風力發電機與采用硅鋼片定子鐵心的AFPM風力發電機進行了比較，如圖4所示。可以看出：盡管SMC的相對磁導率較低，然而兩種不同鐵心的氣隙磁密相差并不是很大。
    五、結語
    運行速度低、極數多并且永磁體安裝在轉子表面的特點都有利于將SMC材料應用于永磁風力發電機的設計中。再者，在雙轉子單定子結構中，磁通從一個轉子通過氣隙進入定子后再通過氣隙進入另一個轉子，可以取消中間定子的磁軛，使磁路進一步縮短，以彌補SMC磁導率低的不足。盡管SMC材料的磁導率低，鐵心損耗大，但使用SMC代替硅鋼片鐵心的其它許多優點完全可以彌補這個不足。
    SMC鐵心部件的壓制是關鍵，SMC組件的加工會使性能下降，因此還需要進一步研究。