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在同向环形绕组轴向磁通电机转矩密度提升研究方面取得硕果。

 研究成果一：“A Dual-Rotor Axial-Flux PM Motor with Equidirectional Toroidal Winding and 3-Slot/4-Pole Unit Block for Torque Density Improvement”；

 研究成果二：“Phase-Pole Combinations for Axial-Flux Permanent Magnet Machines with M-Phase Equidirectional Toroidal Winding”。

 成果一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=7.7），成果二发表在电气工程期刊《IEEE Transactions on Transportation Electrification》（中科院一区TOP，IF=7.0），两项成果的第一单位和通讯单位均为郑州大学。

 为进一步提高同向环形绕组（ETW）电机的转矩密度以及拓展ETW的应用形式，研究中心对m相ETW的电枢磁密进行了解析（m为任意正整数）。通过分析其谐波特性，揭示了其可能实现的槽极比形式。研究对比了不同槽极比ETW电机的输出特性，并基于转矩密度最大化原则，提出了针对任意相ETW的优选的m/2*(m-1)槽极比结构。相较于m/2槽极比形式，该结构在保持高绕组系数的同时，还具有更低的q值（即槽/极/相比率）。此外， m/2*(m-1)槽极比结构电机还具有磁场调制电机特性，可实现多谐波对转矩的贡献，进一步增加了输出转矩。以上优势有效地提升了电机的转矩密度。

 为了探索m/2*(m-1)槽极比结构电机的性能，研究以三相电机为例，提出了一种具有3/4槽极比结构的同向环形绕组双转子轴向磁通永磁电机，分析了其运行机理，并通过和3/2槽极比结构电机以及传统分数槽绕组3/4槽极比结构电机进行比较，确定了该电机在提升转矩密度、效率以及转矩质量方面具有显著优势，同时也在弱磁扩速能力上表现出色。以上研究不仅实现了ETW结构电机转矩密度的进一步提升，同时拓宽了ETW的应用形式，为其在低速大转矩领域的推广应用奠定了基础。

 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。（供稿人：司纪凯）

 论文信息：

 [1] Jikai Si, Sen Li, Rui Nie, Peixin Wang, Shuai Xu, and Chun Gan, “A Dual-Rotor Axial-Flux PM Motor with Equidirectional Toroidal Winding and 3-Slot/4-Pole Unit Block for Torque Density Improvement,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, DOI: 10.1109/TIE.2024.3384524.

[2] Sen Li, Rui Nie, Peixin Wang, Jing Liang, and Jikai Si, "Phase-Pole Combinations for Axial-Flux Permanent Magnet Machines with M-Phase Equidirectional Toroidal Winding," IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2024, DOI: 10.1109/TTE.2024.3357853.