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1986年，德國的Herbert Weh教授首次提出一種將高能量密度磁體與橫向磁通相結合的電機設計方案，即為現(xiàn)今橫向磁通永磁電機（transverse flux permanent-magnet motor，TFPM）的雛形。這種設計思路在當時并未引起人們的足夠重視，直到90年代中期，TFPM才以其在低速條件下電磁力密度大的優(yōu)異性能，成為電機界研究的熱點。為了進一步提高電機的轉矩密度，學者們從擴展能效轉換空間的角度，積極投入到新型橫向永磁電機的有限元分析和研發(fā)工作。德國亞琛科技大學教授Henneberger G。將原平板式TFPM的U型定子磁極做了改進，將轉子挪到定子外側，設計出一種大功率三相外轉子TFPM拓撲結構。不萊梅大學Schuttler J教授對這種拓撲結構做了深入的電磁場理論分析并設計出樣機。我國在這方面開展較晚，2006 年，上海大學教授及其團隊設計出兩相聚磁式TFPM，并研發(fā)了相應的驅動系統(tǒng)。TFPM在低速下的大轉矩優(yōu)勢使其適用于電動汽車、艦船推進及風力發(fā)電等領域，然而其進一步發(fā)展面臨著兩個問題：漏磁大，功率因數(shù)較低，結構復雜，加工工藝要求高，生產(chǎn)成本較大。這兩點成為TFPM至今仍停留在實驗室階段，得不到廣泛應用的主要瓶頸。
本研究利用TFPM電路與磁路解耦的結構特點，提出一種新型小功率四相外轉子TFPM拓撲結構，在Maxwell 3D中對定子、轉子在不同電角度下的電磁場特性進行了分析，驗證了該拓撲結構的可行性，為該新型TFPM的研發(fā)提供了理論依據(jù)。根據(jù)拓撲結構制作了樣機，實驗表明，采用135°導電模式，樣機運行平穩(wěn)，轉矩脈動較小，驗證了TFPM低速條件下的大轉矩特性。
本研究設計的四相外轉子平板式TFPM采用獨創(chuàng)的拓撲結構。其單相結構如圖所示。磁路原理如下：靜止平衡位置時，由右側N極永磁體發(fā)出磁通，經(jīng)過定子齒、定子軛部回到左側定子齒，進入左側永磁體的S極、N極，再通過輔助鐵芯回到右側S極、右側N極形成閉合回路。
線圈通電后，定子齒中產(chǎn)生磁場，與外轉子永磁體產(chǎn)生的磁場相互作用，使轉子轉動。當移動過1/4極距后，給另一相繞組通入電流，如此循環(huán)，轉子即可連續(xù)運轉。本研究采用SolidWorks軟件為該新型TFPM建立三維模型。每個定子單元由一對齒形定子磁極、12根輔助鐵芯及一個定子繞組線圈組成。
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