近日，郑州大学先进电磁驱动与控制研究中心联合华中科技大学与英国约克大学在高转矩密度永磁直驱电机用同向环形绕组拓扑的理论研究方面取得硕果。研究成果一“Analytical Modeling of Slotless Axial Flux Permanent Magnet Motor With Equidirectional Toroidal Winding”、研究成果二“Unified Analytical Modeling of Armature Magnetic Field of Slotless PM Motor With Equidirectional Toroidal Winding”均发表在电气工程顶级期刊《IEEE Transactions on Industrial Electronics》（中科院一区TOP，郑州大学“三高”期刊TOP，IF=8.162），第一单位和通讯单位均为郑州大学。

为了进一步提高直驱永磁电机的转矩密度，降低转矩脉动，研究中心首次提出了一种同向环形绕组拓扑，并分别设计加工了同向环形绕组外转子径向磁通直驱永磁电机、3槽2极双转子轴向磁通无槽直驱永磁电机、3槽4极双转子轴向磁通有槽直驱永磁电机以及双边直驱永磁直线电机等五类样机。为了统一分析同向环形绕组在不同结构直驱永磁电机中的工作机理，提出了电机结构参数等效准则，可以将不同直驱永磁电机结构参数相互等效，统一分析同向环形绕组的工作机理。根据同向环形绕组结构特点，首次基于线圈单有效边激励磁场，确定了同向环形绕组电枢磁场解析的边界条件，进而构建了统一的同向环形绕组电枢磁场和电感的解析模型。同时提出了同向环形绕组无槽轴向磁通电机的精确解析模型，能够精确地分析电枢磁场和永磁磁场的分布特征、反电势和转矩等性能指标，并且与三维有限元模型计算时长相比，解析模型的计算速度更快。相关实验证明了所提解析模型的准确性。研究成果奠定了同向环形绕组理论分析基础，同时也可应用于其他绕组拓扑的理论分析。

以上研究得到了国家自然科学基金、郑州协同创新重大专项、河南省重点研发推广项目（科技攻关）、河南省科技研发计划联合基金（应用研究）等项目资助。

论文信息：

[1] Jikai Si, Yanqi Wei, Rui Nie, Jing Liang, Chun Gan, and Yihua Hu, “Analytical Modeling of Slotless Axial Flux Permanent Magnet Motor with Equidirectional Toroidal Winding,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 70, no. 10, pp. 10420-10430, Oct. 2023.

[2] Yanqi Wei, Jikai Si,Rui Nie,Peixin Wang, Shuai Xu, Chun Gan, and Jing Liang, “Unified Analytical Modeling of Armature Magnetic Field of Slotless PM Motor with Equidirectional Toroidal Winding,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2023. Doi: 10.1109/TIE.2023.3331144.