摘 要:非晶合金以其優(yōu)異的低損耗特性在電機(jī)領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。對(duì)非晶合金電機(jī)的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理,介紹了非晶合金電機(jī)相對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)的優(yōu)勢,闡述了現(xiàn)階段非晶合金電機(jī)鐵心常用的加工工藝以及非晶合金電機(jī)的研發(fā)應(yīng)用情況。對(duì)非晶合金電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié),包括考慮加工工藝、裝配工藝下非晶合金電機(jī)鐵心損耗與溫升的精確計(jì)算,徑向磁通與軸向磁通非晶合金電機(jī)振動(dòng)噪聲的精確計(jì)算,非晶合金電機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化與前沿應(yīng)用,并對(duì)非晶合金電機(jī)未來發(fā)展趨勢與研究方向進(jìn)行了展望。
關(guān) 鍵 詞:非晶合金電機(jī);徑向磁通;軸向磁通;拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);加工工藝;損耗計(jì)算;振動(dòng)噪聲;優(yōu)化
中圖分類號(hào):TM351 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1000-1646(2024)05-0496-18
近年來,隨著全球化石能源的日漸枯竭以及環(huán)境污染問題的日益突出,發(fā)展新型材料以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排已成為世界各國的共識(shí)。電機(jī)作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活的關(guān)鍵部件,是應(yīng)用量大、使用面廣的耗能動(dòng)力設(shè)備,消耗了全球60%以上的電力能源,降低電機(jī)損耗以提高其效率已成為節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵手段之一。非晶合金(AA)作為新型軟磁功能材料,具有高磁導(dǎo)率、低損耗的優(yōu)異電磁性能[1],將其應(yīng)用于電機(jī)鐵心可顯著降低鐵心損耗,提升電機(jī)效率[2-3],尤其對(duì)于鐵心損耗占據(jù)主要部分的高頻電機(jī),如飛輪儲(chǔ)能電機(jī)、高速電主軸電機(jī)及空氣壓縮機(jī)電機(jī)等,優(yōu)勢更加突出。
相比于傳統(tǒng)硅鋼片,非晶合金材料具有薄、硬且退火后較脆的物理特性[4],對(duì)其加工制造較為困難。研究適用于非晶合金電機(jī)的鐵心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與低成本的鐵心制造技術(shù)至關(guān)重要。同時(shí),由于非晶合金材料的電磁性能對(duì)外加機(jī)械應(yīng)力具有較高的敏感性,將非晶合金帶材制作為非晶合金鐵心后,由于加工過程中機(jī)械應(yīng)力等因素的影響,其磁化特性與損耗特性會(huì)發(fā)生明顯惡化[5],這為非晶合金電機(jī)損耗的精確計(jì)算以及電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)。另外,相比于傳統(tǒng)硅鋼片鐵心,非晶合金鐵心的疊壓系數(shù)較低,導(dǎo)致其鐵心剛度較小,加之非晶合金材料的磁致伸縮系數(shù)高,導(dǎo)致非晶合金電機(jī)振動(dòng)噪聲明顯增大[6-7],故對(duì)非晶合金電機(jī)噪聲的精確計(jì)算與抑制同樣至關(guān)重要。
1 非晶合金電機(jī)概述
1.1 非晶合金材料特性
非晶合金材料也被稱為金屬玻璃,通過液態(tài)合金的快速凝固獲得,其內(nèi)部原子無序地結(jié)合在一起形成非晶態(tài)[1]。該材料特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使其具備優(yōu)良的電磁性能,非晶合金材料的主要優(yōu)點(diǎn)如下:
1)磁導(dǎo)率高、損耗低。非晶合金沒有晶體各向異性,具有高電阻率、高磁導(dǎo)率、低損耗的優(yōu)點(diǎn)。
2)耐腐蝕、韌性強(qiáng)。非晶合金結(jié)構(gòu)均勻,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,同時(shí)還具有優(yōu)良的韌性與耐磨性[8]。
3)屬于環(huán)保型材料。非晶合金制作工藝簡單,工藝流程短,材料制備過程節(jié)約能源。從材料生產(chǎn)制備到實(shí)際應(yīng)用等各環(huán)節(jié)均具有很好的節(jié)能效果。
除上述優(yōu)點(diǎn)外,非晶合金還有以下劣勢:
1)相比于傳統(tǒng)硅鋼片材料,非晶合金具有飽和磁通密度低、磁致伸縮系數(shù)大的特點(diǎn)。
2)鐵心損耗性能對(duì)加工應(yīng)力敏感性高。非晶合金具有薄、硬、退火后脆性大的物理特性,同時(shí)材料剛度低、疊壓系數(shù)較低,非晶合金定子鐵心難以低成本、高性能加工成復(fù)雜形狀。
1.2 非晶合金電機(jī)鐵心加工技術(shù)
非晶合金電機(jī)鐵心的加工技術(shù)可分為整體加工與組合加工。整體加工是指直接將非晶合金材料通過疊加或卷繞等工藝制備為鐵心形狀,通過對(duì)其進(jìn)行開槽得到非晶合金鐵心的技術(shù);組合加工是指先將非晶合金制備為鐵心各部件模塊,然后通過粘貼、燕尾槽配合等方式對(duì)各部件進(jìn)行組裝進(jìn)而得到整體非晶合金鐵心的技術(shù)。
1.2.1 整體加工
對(duì)于徑向磁通電機(jī)而言,常用的定子鐵心加工流程如圖1所示。加工時(shí)首先將非晶合金帶材剪切為方形結(jié)構(gòu),并將其疊壓為具有一定軸向長度的長方體鐵心結(jié)構(gòu);然后對(duì)長方體鐵心進(jìn)行退火以及浸漆固化處理;最后對(duì)經(jīng)過退火及浸漆固化后的鐵心進(jìn)行切割(常用切割方式包括線切割與激光切割),得到開槽非晶合金鐵心[9-10]。上述加工工藝中,由于線切割工藝極為耗時(shí),故難以滿足批量鐵心生產(chǎn)的需要。
對(duì)于軸向磁通電機(jī)而言,常用的定子鐵心加工流程如圖2所示。加工時(shí)首先將非晶合金帶材卷繞為環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu),然后對(duì)環(huán)形鐵心進(jìn)行退火與浸漆固化處理,最后通過線切割或者銑床切割的方式,得到開槽非晶合金鐵心[11-12]。除以上開槽方式外,還有學(xué)者提出雙刀頭切割后在槽底鉆孔以及使用磨料水噴射加工開槽等方式[13],雙刀頭切割后鉆孔工藝如圖3所示。上述加工工藝可節(jié)省鐵心制作時(shí)間,但在加工時(shí)會(huì)引入應(yīng)力,對(duì)鐵心電磁性能產(chǎn)生影響。
1.2.2 組合加工
非晶合金鐵心組合加工工藝也可理解為模塊化加工,其加工思路為:分別加工鐵心各部件模塊,并將其進(jìn)行組裝后得到完整鐵心。
對(duì)于徑向磁通電機(jī),針對(duì)整體加工工藝耗時(shí)且難以批量生產(chǎn)的問題,日立研究實(shí)驗(yàn)室提出將定子齒、軛部通過疊加或卷繞工藝分別加工后,再利用粘貼、燕尾槽固定等進(jìn)行組裝的方法[14-15],組裝工藝如圖4所示。該加工方法較為省時(shí),但會(huì)引入附加氣隙影響電機(jī)性能,同時(shí)齒、軛部的連接存在不穩(wěn)定性。針對(duì)以上問題,日本豐田技術(shù)研究所提出將非晶合金制作為C型或U型結(jié)構(gòu)的鐵心模塊,通過環(huán)氧樹脂將各模塊進(jìn)行粘貼得到完整鐵心[16-18],以提高鐵心結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,C型或U型結(jié)構(gòu)的鐵心模塊如圖5所示。
對(duì)于軸向磁通電機(jī),同樣使用將定子齒、軛部分別加工后組裝的工藝,但該加工工藝也同樣存在定子齒、軛部連接不穩(wěn)定的問題。針對(duì)這一問題,日立研究實(shí)驗(yàn)室提出采用非晶合金帶材卷繞制成定子鐵心模塊后,通過環(huán)氧樹脂粘貼各模塊形成鐵心的加工工藝[19-21],其過程如圖6所示。該工藝適用于單定子雙轉(zhuǎn)子的電機(jī)結(jié)構(gòu),可有效避免定子齒、軛相連接的影響。為進(jìn)一步減少各鐵心模塊中的渦流損耗,可在每個(gè)模塊側(cè)面開出一道窄槽阻斷渦流路徑或通過疊壓方法制作鐵心模塊[20,22],其結(jié)構(gòu)如圖7所示。
1.3 非晶合金電機(jī)研發(fā)與應(yīng)用
隨著非晶合金材料成分和制備工藝的不斷完善,非晶合金軟磁材料已逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,但在非晶合金電機(jī)領(lǐng)域,目前國內(nèi)外大量研究機(jī)構(gòu)仍處于不斷探索研究階段。
1.3.1 徑向磁通非晶合金電機(jī)
早在1982年美國學(xué)者就制造了世界第一臺(tái)非晶合金異步電機(jī),開啟了徑向磁通非晶電機(jī)的研究熱潮。DEMS等、YANG等及ZHANG等[23-25]對(duì)傳統(tǒng)異步電機(jī)與非晶合金異步電機(jī)的效率進(jìn)行了對(duì)比,研究表明非晶合金異步電機(jī)鐵心損耗僅為傳統(tǒng)硅鋼片鐵心的20.6%,采用非晶合金作為異步電機(jī)的鐵心可顯著提高電機(jī)效率。德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院OU等和BAO等[26-28]將非晶合金材料應(yīng)用于磁通調(diào)制直線電機(jī)中,并提出了一種模塊化鐵心結(jié)構(gòu),如圖8所示。該鐵心通過將非晶帶材卷繞為環(huán)形結(jié)構(gòu),然后進(jìn)行線切割得到,可有效避免開槽影響,簡化了該類電機(jī)鐵心加工流程。
河北工業(yè)大學(xué)LI等[29]將非晶合金材料應(yīng)用于超高速永磁電機(jī)中,并對(duì)不同鐵心材料下電機(jī)損耗特性進(jìn)行分析,研究表明使用非晶合金鐵心代替硅鋼鐵心后,可使電機(jī)鐵心損耗降低46%以上;東南大學(xué)KONG等[30]對(duì)外轉(zhuǎn)子非晶合金永磁電機(jī)進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)并制作了一臺(tái)700W、4500r/min的外轉(zhuǎn)子非晶電機(jī),如圖9所示。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,相同負(fù)載條件下,外轉(zhuǎn)子非晶合金電機(jī)效率可提高7%以上。俄羅斯烏法國立航空技術(shù)大學(xué)ISMAGILOV等[31]設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)120kW、60000r/min的非晶合金高速永磁發(fā)電機(jī),如圖10所示。該電機(jī)定子由C型結(jié)構(gòu)鐵心模塊組成,電機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用非晶合金定子后,電機(jī)鐵心損耗僅為硅鋼電機(jī)的1/7。
波蘭有色金屬研究所KOLANO等[9,32]分別研制了無槽和半開口槽的非晶合金鐵心,如圖11所示,對(duì)鐵心在不同頻率下的磁特性進(jìn)行了測量,并將其應(yīng)用于高速永磁無刷直流電機(jī),研究結(jié)果表明,半開口槽非晶合金永磁電機(jī)性能更優(yōu),可在寬轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)保持高效率;中國科學(xué)院電工所FAN等[33]研制了一臺(tái)20kW 車用高功率密度非晶合金內(nèi)置式永磁電機(jī),如圖12所示,該電機(jī)相比于硅鋼片電機(jī)功率密度提高了45%;德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院LIU等[34-35]將非晶合金應(yīng)用于高速電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心,設(shè)計(jì)并研制了一臺(tái)15.7kW、125000r/min的超高速內(nèi)置式永磁電機(jī),其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖13所示,相比于傳統(tǒng)硅鋼轉(zhuǎn)子電機(jī),該電機(jī)轉(zhuǎn)子損耗降低了75.8%,轉(zhuǎn)子最熱點(diǎn)溫度下降了50.3%。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)CHAI及日本東京理工大學(xué)HAYASHI等[36-37]將非晶合金材料應(yīng)用于開關(guān)磁阻電機(jī)與同步磁阻電機(jī),電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖14所示,研究結(jié)果表明,非晶合金材料應(yīng)用于磁阻電機(jī)鐵心可顯著提高電機(jī)效率[37-38]。相關(guān)學(xué)者除對(duì)電機(jī)效率進(jìn)行分析外,還對(duì)非晶合金鐵心不同加工工藝下?lián)p耗計(jì)算方法[39-40]、非晶合金鐵心尺寸變化對(duì)電機(jī)電磁性能的影響[41]以及不同非晶合金轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)適用的轉(zhuǎn)速范圍[42]問題進(jìn)行了研究。
清華大學(xué)ZHOU等[43]設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)20kW、100000r/min的超高速磁通切換永磁電機(jī),結(jié)構(gòu)如圖15a所示。該電機(jī)定子采用C型結(jié)構(gòu)鐵心模塊加工制作,并采用混合永磁體平行磁化方式以提高永磁體利用率;電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵心均由非晶合金制造,其凸極轉(zhuǎn)子如圖15b所示。除上述電機(jī)外,ZHOU等[44]還設(shè)計(jì)了一臺(tái)具有不等齒寬的非晶合金高速永磁電機(jī),其結(jié)構(gòu)如圖16所示。該電機(jī)定子由兩套C型鐵心模塊以及一套環(huán)形鐵心模塊構(gòu)成,相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高容錯(cuò)性和高輸出轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)。
密西西比州立大學(xué)ISLAM 等[45]設(shè)計(jì)了一臺(tái)非晶合金超高速永磁電機(jī),該電機(jī)定子由環(huán)形軛部鐵心模塊以及矩形齒部鐵心模型構(gòu)成,可在簡化鐵心加工流程的同時(shí)有效增加電機(jī)容錯(cuò)能力。除以上電機(jī)外,還有學(xué)者對(duì)模塊化非晶合金定子混合勵(lì)磁電機(jī)[15]、模塊化非晶合金定子游標(biāo)電機(jī)[16]、非晶合金磁通反向電機(jī)[46]、非晶-硅鋼混合材料定子電機(jī)[47-48]進(jìn)行了研究,并對(duì)其電磁特性進(jìn)行計(jì)算,模塊化非晶合金定子混合勵(lì)磁電機(jī)及非晶-硅鋼混合材料定子分別如圖17、18所示。
1.3.2 軸向磁通非晶合金電機(jī)
除了徑向磁通電機(jī)外,大量學(xué)者也對(duì)軸向磁通非晶合金電機(jī)進(jìn)行了研究。阿德萊德大學(xué)ERTUGRUL等[13]利用磨料水噴射加工開槽技術(shù)制造了一種錐形結(jié)構(gòu)單氣隙非晶合金軸向磁通永磁電機(jī),其結(jié)構(gòu)如圖19所示。該電機(jī)相比于常規(guī)軸向磁通永磁電機(jī)可以增大氣隙面積,提高輸出轉(zhuǎn)矩。卡耐基梅隆大學(xué)SIMUZU等[19]提出一種非晶合金軸向磁通切換電機(jī),電機(jī)定、轉(zhuǎn)子均由非晶合金卷繞制成,其結(jié)構(gòu)如圖20所示。日立研究實(shí)驗(yàn)室WANG等[20,49-50]提出模塊化分段切割和無槽鐵心兩種軸向磁通電機(jī)卷繞鐵心結(jié)構(gòu),并分別制造了樣機(jī),電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖21所示。
北京理工大學(xué)LI等[21-22]提出一種新型無軛分段電樞軸向磁通非晶合金永磁電機(jī),并對(duì)分別采用疊壓以及卷繞工藝制成電機(jī)定子模塊的電磁場與溫度場進(jìn)行了分析,電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖22所示。沈陽工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制了7kW、4000r/min的雙定單轉(zhuǎn)非晶合金軸向磁通電機(jī)與7kW、3000r/min的非晶合金混合勵(lì)磁軸向磁通電機(jī)[51-52],分別如圖23與24所示。其中所研制的混合勵(lì)磁電機(jī)可實(shí)現(xiàn)20% ~30%的增磁、去磁效果,具有良好的調(diào)磁特性。華中科技大學(xué)SUN等[53]提出了一種多級(jí)軸向磁通永磁電機(jī),并分析了不同定子鐵心材料對(duì)電機(jī)性能的影響,研究表明其在鐵心損耗方面,非晶合金材料優(yōu)勢顯著。
1.3.3 非晶合金電機(jī)研究情況總結(jié)
表1中總結(jié)了目前已公開的非晶合金電機(jī)基本參數(shù),可以看出對(duì)于徑向磁通非晶合金電機(jī),其種類繁多且所研發(fā)產(chǎn)品功率在幾十瓦至上百千瓦之間,大部分電機(jī)額定功率均低于20kW;運(yùn)行轉(zhuǎn)速方面,現(xiàn)有最高轉(zhuǎn)速可達(dá)125000r/min。對(duì)于軸向磁通非晶合金電機(jī),現(xiàn)有研究除常規(guī)單定子單轉(zhuǎn)子電機(jī)、單定子雙轉(zhuǎn)子電機(jī)以及雙定子單轉(zhuǎn)子電機(jī)外,還包括磁通切換電機(jī)以及混合勵(lì)磁電機(jī)等新型電機(jī)結(jié)構(gòu)。目前所研發(fā)產(chǎn)品功率等級(jí)相較于徑向磁通電機(jī)偏小,電機(jī)功率在015~7kW 的情況較多,現(xiàn)有電機(jī)最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速為14000r/min。目前,在電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域大功率非晶合金電機(jī)的研究受到廣泛關(guān)注。
2 非晶合金電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究
2.1 非晶合金電機(jī)鐵心損耗
非晶合金材料對(duì)加工工藝的敏感性高,疊壓、卷繞、退火、切割等工藝對(duì)鐵心的特性都有顯著影響,在將非晶合金帶材制備為鐵心后,其磁化特性與損耗特性將會(huì)發(fā)生變化。若繼續(xù)用非晶合金帶材的磁化與損耗特性來分析與設(shè)計(jì)電機(jī),會(huì)造成較大的誤差[1,5,10,54-57],故在考慮加工工藝與裝配工藝的基礎(chǔ)上,精確計(jì)算非晶合金電機(jī)的鐵心損耗對(duì)于電機(jī)的設(shè)計(jì)及性能分析具有重要意義。
沈陽工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)方法對(duì)非晶合金帶材與非晶合金鐵心的磁化特性與損耗特性進(jìn)行了分析[5,10,56-61]。非晶合金鐵心特性測量實(shí)驗(yàn)原理如圖25所示,電源產(chǎn)生多種頻率的正弦波電壓,在被測量的非晶合金鐵心上按一定比例纏繞激勵(lì)線圈和測試線圈,為非晶合金鐵心提供磁通的同時(shí)測試激勵(lì)線圈的輸入功率;通過測試線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢折算出鐵心的磁通密度。圖26與圖27分別為不同頻率下非晶合金帶材與特定工藝條件下鐵心的磁化特性與損耗特性曲線[10],可以看出非晶合金帶材加工為鐵心后,材料磁化特性與損耗特性均發(fā)生惡化。以此次測試結(jié)果為例,在磁通密度10T、頻率800Hz時(shí),相比于非晶合金帶材,非晶合金鐵心的損耗密度將增大11.47倍,但該損耗密度仍低于傳統(tǒng)硅鋼片鐵心[60]。
沈陽工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)測試及有限元仿真,詳細(xì)分析了徑向磁通非晶合金永磁電機(jī)的鐵心損耗分布規(guī)律[51,60,62]?;谝陨蠐p耗分析,朱龍飛等[63]總結(jié)出采用相同加工工藝的徑向磁通永磁電機(jī)鐵心損耗修正方法,詳細(xì)分析了電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸及控制器參數(shù)變化時(shí)徑向磁通非晶合金電機(jī)鐵心損耗的變化規(guī)律[5,58,64]。除對(duì)徑向磁通非晶合金電機(jī)進(jìn)行研究外,朱龍飛等[59,61]對(duì)軸向磁通非晶合金電機(jī)損耗特性進(jìn)行了研究,構(gòu)建了變頻器供電下軸向磁通非晶電機(jī)鐵心損耗與諧波損耗的解析計(jì)算模型,并利用解析模型分析了槽口寬度和氣隙長度對(duì)電機(jī)損耗的影響規(guī)律。
除了研究非晶合金鐵心損耗分布規(guī)律外,分析不同加工工藝及裝配工藝對(duì)鐵心磁化及損耗特性的影響同樣重要。KIM 等和LI等[65-66]對(duì)非晶帶材在不同退火溫度下的磁化特性進(jìn)行了測量,研究結(jié)果表明,隨著退火溫度的升高,材料飽和磁通密度也會(huì)增大;除了退火溫度外,退火時(shí)長也會(huì)影響非晶合金的磁化特性[67]。同濟(jì)大學(xué)LI等[68]量化分析了退火溫度對(duì)非晶合金鐵心損耗特性的影響規(guī)律,研究表明非晶鐵心在退火溫度為200℃情況下的損耗密度最低,且退火鐵心與未退火鐵心間的損耗密度差異隨著頻率的增加而增加。比利時(shí)根特大學(xué)CELIE等[55]分別對(duì)線切割、激光切割與沖剪工藝下非晶合金帶材的損耗特性進(jìn)行測量,研究結(jié)果表明,激光切割與沖剪工藝會(huì)使非晶合金損耗特性惡化嚴(yán)重,但文中未對(duì)損耗惡化原因進(jìn)行分析。沈陽工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)詳細(xì)研究了退火、浸漆固化等加工工藝對(duì)非晶合金鐵心的磁化及損耗特性的影響規(guī)律[56],其中不同工藝對(duì)鐵心損耗影響分離方法的影響如圖28所示。研究表明,浸漆固化加工工藝會(huì)增加非晶合金鐵心損耗,而退火工藝可有效降低非晶合金鐵心損耗。以非晶合金鐵心磁通密度1.0T時(shí)為例,浸漆固化工藝會(huì)使鐵心損耗密度增加44.7%,而退火加工工藝使非晶合金鐵心損耗密度降低19.3%。對(duì)于未經(jīng)退火處理的非晶合金鐵心,浸漆固化引起的損耗增量主要是渦流損耗,而退火后的非晶合金鐵心由浸漆固化引起的損耗增量主要源于磁滯損耗。
卷繞、疊壓、過盈配合等工藝是非晶合金鐵心制造過程中的必需環(huán)節(jié),這些加工環(huán)節(jié)會(huì)給鐵心帶來附加應(yīng)力,惡化材料的磁化及損耗特性。朱龍飛等[57]提出了非晶合金電機(jī)定子鐵心與機(jī)殼之間過盈量對(duì)鐵心性能影響的實(shí)驗(yàn)方法,如圖29所示,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析,建立了可有效考慮過盈配合影響的非晶合金電機(jī)鐵心損耗精確計(jì)算方法。測試結(jié)果表明,與無過盈相比,鐵心過盈量0.02mm時(shí)損耗密度增加約77.8%,且隨著過盈量的增加,損耗密度也將明顯增加。在該類電機(jī)實(shí)際裝配時(shí)應(yīng)盡可能采用小的過盈量或不采用過盈配合工藝。
日本大分大學(xué)SATO等[69]對(duì)卷繞鐵心不同彎曲應(yīng)力下的損耗特性進(jìn)行了測量,研究結(jié)果表明,彎曲應(yīng)力的增大會(huì)使鐵心損耗密度有所增加;德國亞琛工業(yè)大學(xué)LEUNING等[70]分析了鐵心疊壓方向受力對(duì)材料的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明壓力增加會(huì)使鐵心損耗明顯增大;中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)稀土學(xué)院ZHAO等[71]對(duì)不同應(yīng)力下的非晶合金鐵心損耗特性進(jìn)行了測量,并提出了一種考慮機(jī)殼與鐵心間裝配應(yīng)力影響的鐵心損耗系數(shù)表達(dá)式,有效提高了非晶合金鐵心損耗的計(jì)算精度。
除了以上加工工藝外,切割工藝對(duì)鐵心損耗特性的影響也十分明顯。哈爾濱工業(yè)大學(xué)CHAI等[39]考慮切割工藝引起的邊緣劣化影響,提出了一種計(jì)及鐵心尺寸變化的非晶鐵心磁滯損耗修正計(jì)算方法,但該方法并未考慮鐵心渦流損耗的變化以及疊壓工藝對(duì)鐵心損耗特性的影響??紤]到電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)通常為非正弦激勵(lì),華北電力大學(xué)ZHAO等[72]推導(dǎo)了不同供電波形對(duì)非晶合金鐵心損耗系數(shù)的影響規(guī)律,建立了一種計(jì)及高頻及非正弦激勵(lì)綜合影響的非晶合金鐵心損耗計(jì)算模型,但該模型在計(jì)算時(shí)忽略了切割工藝及疊壓工藝對(duì)鐵心損耗特性的影響,使得計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果間存在一定偏差。
國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于不同加工工藝引起的非晶合金鐵心損耗變化已有了一定的研究基礎(chǔ),但是研究多停留在分析鐵心損耗變化趨勢方面,缺乏損耗增量的量化分析結(jié)果。由于切割工藝引起的邊緣劣化效應(yīng)會(huì)使鐵心切口處晶粒分布特性發(fā)生變化,導(dǎo)致不同尺寸非晶合金鐵心損耗特性存在顯著差別,同時(shí)疊壓工藝引入的應(yīng)力也會(huì)使鐵心損耗特性發(fā)生惡化,現(xiàn)有鐵心損耗模型無法精確考慮上述因素對(duì)非晶合金電機(jī)鐵心損耗特性的影響,計(jì)算精確有所欠缺。
非晶合金材料在高速電機(jī)應(yīng)用中降低電機(jī)鐵心損耗具有優(yōu)勢,但是高速非晶合金電機(jī)功率密度高,定子鐵心散熱面積相對(duì)較小,易造成電機(jī)溫度過高,影響其安全運(yùn)行。因此在研究非晶合金鐵心損耗的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電機(jī)溫升的準(zhǔn)確計(jì)算也十分重要。非晶合金電機(jī)溫度分布一方面受電機(jī)各部件損耗熱源及散熱條件的影響,另一方面與電機(jī)內(nèi)材料的導(dǎo)熱能力有較大關(guān)系。佟文明等[73]基于無限大平板層法對(duì)浸漆、固化后的非晶合金鐵心疊壓方向?qū)嵯禂?shù)進(jìn)行了測試,得到了不同疊壓系數(shù)非晶合金鐵心疊壓方向的導(dǎo)熱系數(shù),為非晶合金電機(jī)的熱分析提供了數(shù)據(jù)支持。非晶合金鐵心導(dǎo)熱系數(shù)測量平臺(tái)如圖30所示,當(dāng)通過實(shí)驗(yàn)測得疊壓系數(shù)為0.88時(shí),非晶合金鐵心疊片方向?qū)嵯禂?shù)約為0.93W/(m·℃);當(dāng)疊壓系數(shù)為0.84時(shí),鐵心疊片方向?qū)嵯禂?shù)約為0.86W/(m·℃)。
為了精確計(jì)算非晶合金高速電機(jī)內(nèi)部溫升分布特性,TONG等[74]提出了一種基于三維有限元的電機(jī)磁-熱雙向耦合計(jì)算方法,該方法通過耦合迭代計(jì)算,考慮了溫度變化對(duì)電機(jī)各材料屬性的影響,有效提高了非晶合金高速電機(jī)的溫升計(jì)算精度。
2.2 非晶合金電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲
磁致伸縮是鐵磁材料的一種特性,被認(rèn)為是電機(jī)鐵心振動(dòng)噪聲的主要來源之一。對(duì)于非晶合金材料來說,其磁致伸縮系數(shù)是傳統(tǒng)硅鋼片材料的10倍以上;同時(shí)由于非晶合金鐵心的疊壓系數(shù)較低,所以非晶合金電機(jī)的振動(dòng)和噪聲要遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的硅鋼片電機(jī)。研究表明,非晶合金電機(jī)的振動(dòng)加速度要比硅鋼片電機(jī)大2.4~4.4倍,在某些頻率下非晶合金電機(jī)的最大噪聲要比硅鋼片電機(jī)大25%[6,75],針對(duì)非晶合金電機(jī)噪聲的精確計(jì)算與抑制至關(guān)重要。
沈陽工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)基于壓磁方程建立了磁致伸縮引起的徑向磁通非晶合金電機(jī)鐵心振動(dòng)特性解析公式[76],可對(duì)電機(jī)鐵心振動(dòng)位移、速度及加速度等進(jìn)行計(jì)算,并研究了定子齒部、軛部振動(dòng)特性與供電頻率間的關(guān)系,并在提出的解析公式基礎(chǔ)上,將壓磁方程和牛頓第二定律相結(jié)合,分別建立了磁致伸縮引起的徑向磁通和軸向磁通電機(jī)定子鐵心振動(dòng)精確解析模型[77-78],提高了模型計(jì)算的準(zhǔn)確性,解析流程如圖31所示。所提出的精確解析模型明確了與鐵心電磁振動(dòng)相關(guān)各物理量之間的關(guān)系,可以精確計(jì)算出定子鐵心齒、軛部振動(dòng)的分布特性。研究表明磁致伸縮引起的鐵心軛部和齒部振動(dòng)位移與軛部圓環(huán)半徑、齒高近似呈線性關(guān)系。
為了研究不同加工工藝對(duì)非晶合金鐵心振動(dòng)的影響,吳勝男等[79]詳細(xì)研究了疊壓、卷繞、退火及浸漆固化對(duì)非晶合金鐵心振動(dòng)的影響規(guī)律,總結(jié)出不同加工工藝下非晶合金鐵心振動(dòng)計(jì)算修正系數(shù),如表2所示。此外還通過實(shí)驗(yàn)測試及有限元仿真,分別計(jì)算了徑向力及磁致伸縮單獨(dú)作用下非晶合金鐵心的振動(dòng)噪聲特性,研究表明徑向力引起的電磁振動(dòng)與定子鐵心的楊氏模量成反比,由磁致伸縮效應(yīng)引起的電磁振動(dòng)與定子鐵心的磁致伸縮系數(shù)成正比,在計(jì)算非晶合金鐵心振動(dòng)噪聲時(shí)需綜合考慮徑向力與磁致伸縮的影響[80]。
為了提高非晶電機(jī)電磁振動(dòng)特性仿真計(jì)算精度,中國民用航空飛行學(xué)院的王倩營等[81]提出一種電磁-機(jī)械-流體耦合的非晶合金電機(jī)振動(dòng)噪聲有限元計(jì)算方法,該方法有效計(jì)及了電磁力波以及磁致伸縮效應(yīng)的影響,提高了非晶電機(jī)定子振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度以及噪聲分布的計(jì)算精度。沈陽工業(yè)大學(xué)陳健等[82-83]提出一種通過模態(tài)實(shí)驗(yàn)測量非晶合金鐵心彈性模量的方法,如圖32所示,并基于實(shí)驗(yàn)研究得到鐵心振動(dòng)加速度隨磁通密度平方成正比、鐵心噪聲隨磁通密度呈對(duì)數(shù)函數(shù)規(guī)律變化的結(jié)論。WU等[84]在測量非晶合金鐵心彈性模量的前提下,提出了一種能夠綜合考慮電磁力、磁致伸縮效應(yīng)和疊片壓緊力的電機(jī)電磁振動(dòng)與噪聲數(shù)值計(jì)算方法,該方法可將電磁振動(dòng)噪聲計(jì)算誤差減?。担埃ヒ陨?,大大提高了非晶合金電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲的計(jì)算精度,所提計(jì)算方法如圖33所示。
為了分析電流波形對(duì)非晶合金高速電機(jī)振動(dòng)性能的影響,哈爾濱工業(yè)大學(xué)CHAI[36]等研究了不同供電波形對(duì)電機(jī)徑向力的影響規(guī)律,研究表明,相電流的高次諧波會(huì)引起更嚴(yán)重的徑向力;此外還提出了一種固有頻率的改進(jìn)計(jì)算方法,可在考慮軸向模態(tài)的情況下,提高非晶合金定子的固有頻率和模態(tài)振型的計(jì)算精度??紤]由于反電動(dòng)勢非正弦和變頻器供電雙重影響的非晶合金高速永磁電機(jī)電流諧波對(duì)電機(jī)振動(dòng)的影響,WU等[85]建立了雙重電流時(shí)間諧波影響下的非晶合金高速電機(jī)電磁力解析模型,并分析了兩種電流諧波對(duì)不同頻段高速電機(jī)振動(dòng)的交叉影響,揭示了電流諧波引起的低階徑向力產(chǎn)生根源,得出兩種電流諧波對(duì)不同頻段高速電機(jī)振動(dòng)的影響規(guī)律;為了降低非晶合金電機(jī)鐵心的振動(dòng)噪聲,其還研究了開關(guān)頻率和基頻比對(duì)電機(jī)電磁振動(dòng)的抑制作用,并利用樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。沈陽航空航天大學(xué)CHEN等[86]通過解析模型計(jì)算了不同槽口寬度下非晶合金電機(jī)的振動(dòng)噪聲特性。
2.3 非晶合金電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
非晶合金電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)需要保證高效率、高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度及低成本等多個(gè)性能指標(biāo),但非晶合金材料相較于傳統(tǒng)硅鋼材料存在著較大的性能差異,繼續(xù)按照傳統(tǒng)的優(yōu)化方法已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)要求,因此結(jié)合智能優(yōu)化算法對(duì)非晶合金電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。
田口法、遺傳算法等算法作為一種有效的工程優(yōu)化方法,被應(yīng)用于非晶合金電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中。針對(duì)非晶合金永磁同步電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì),北京交通大學(xué)的CAO等[87]通過優(yōu)化極槽配合、轉(zhuǎn)子階躍偏移等方法,結(jié)合多目標(biāo)遺傳算法,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)性能的顯著提升。在18kW 非晶永磁同步電機(jī)的分析中,通過有限元法和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)證明,優(yōu)化后的電機(jī)在低速高轉(zhuǎn)矩區(qū)域效率得到顯著提升。海軍工程大學(xué)學(xué)者SONG等[88]基于25kW、1700r/min的三相永磁電機(jī)模型,通過仿真分析結(jié)合田口法優(yōu)化,得到了局部最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案,顯著提高了電機(jī)效率并降低了齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩紋波。在非晶合金感應(yīng)電機(jī)的性能優(yōu)化中,深圳大學(xué)研究者ZHANG[89]針對(duì)降低鐵心損耗與銅耗之間的平衡問題進(jìn)行了深入研究。通過多目標(biāo)優(yōu)化對(duì)電機(jī)尺寸進(jìn)行重新設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了電機(jī)性能的平衡與優(yōu)化,有效提升了電機(jī)效率,進(jìn)化算法的流程圖如圖34所示。
國內(nèi)外許多研究者通過對(duì)比非晶合金電機(jī)和普通硅鋼電機(jī)的性能發(fā)現(xiàn)非晶合金電機(jī)在損耗方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢[90-95]?;谶@一發(fā)現(xiàn),他們成功制作了許多性能優(yōu)異的非晶合金電機(jī)樣機(jī),為后續(xù)的研究與應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
在非晶合金高速永磁發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)中,研究人員對(duì)比了不同繞組類型對(duì)電機(jī)效率的影響[91,95],其中ISMAGILOV等[91]特別關(guān)注了轉(zhuǎn)子組件的動(dòng)力學(xué)特性。通過多方面的設(shè)計(jì),得出了不同操作條件下的電磁計(jì)算結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用非晶合金材料的高速電機(jī)在效率方面表現(xiàn)出色,為高速永磁發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。
國內(nèi)外研究學(xué)者應(yīng)用智能優(yōu)化算法提升非晶合金電機(jī)的性能已經(jīng)取得了諸多成果,通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和替用高性能材料等方法實(shí)現(xiàn)了電機(jī)效率、功率等級(jí)的提升。未來,隨著非晶合金材料性能的不斷改進(jìn)以及應(yīng)用技術(shù)的不斷創(chuàng)新,非晶合金電機(jī)在電機(jī)行業(yè)的應(yīng)用將更加廣泛。
3 非晶合金電機(jī)研發(fā)與應(yīng)用
隨著新能源汽車市場的快速發(fā)展,高效、緊湊的驅(qū)動(dòng)電機(jī)成為關(guān)鍵設(shè)備之一。非晶合金材料作為一種新型的軟磁材料,以其優(yōu)異的磁性能和機(jī)械性能,正逐漸成為新能源汽車、電動(dòng)飛機(jī)、空壓機(jī)等電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
廣汽埃安推出的夸克電驅(qū)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了電機(jī)功率密度的大幅提升,其功率密度可達(dá)到12kW/kg,夸克電驅(qū)非晶合金定子鐵心如圖35所示。這一突破得益于其采用的非晶合金材料及批量制備工藝。該材料不僅降低了電機(jī)鐵心損耗,還提高了電機(jī)工況效率和最高效率,為新能源汽車電機(jī)的高效運(yùn)行提供了有力支持。
比亞迪、蔚來汽車和長安汽車等傳統(tǒng)汽車企業(yè)也針對(duì)新能源汽車領(lǐng)域建立了相關(guān)研究部門,對(duì)非晶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展進(jìn)行了深入研究。這些企業(yè)利用非晶合金材料的優(yōu)異性能,致力于提高新能源汽車電機(jī)的性能和效率。安泰科技、兆晶科技和中研非晶等專注于非晶合金材料研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè),為非晶電機(jī)的發(fā)展提供了重要的材料支持,圖36為安泰科技(AT&M)研發(fā)的非晶合金鐵心。通過不斷優(yōu)化非晶合金材料的制備工藝和性能,推動(dòng)非晶合金材料在新能源汽車電機(jī)中的應(yīng)用不斷向前發(fā)展。
寧波吉兆開發(fā)的啟發(fā)一體非晶電機(jī),功率密度達(dá)到6.67kW/kg,如圖37a所示,顯示出非晶合金材料在提升電機(jī)性能方面的巨大潛力。而深圳北極鷗的非晶系列軸向磁通電機(jī)(如圖37b所示),則通過使用自主研發(fā)的非晶帶材和特殊加工工藝,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)鐵心損耗的進(jìn)一步降低,為無人機(jī)動(dòng)力等應(yīng)用領(lǐng)域提供了高效、輕量的驅(qū)動(dòng)解決方案。
此外,國際企業(yè)如Proterial(原日立金屬)在非晶軟磁合金的研發(fā)和生產(chǎn)方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)力,該企業(yè)開發(fā)的非晶態(tài)金屬用于電機(jī)鐵心(如圖38所示),實(shí)現(xiàn)了更高的效率,為非晶合金材料在新能源汽車電機(jī)中的應(yīng)用提供了國際視角和參考。
非晶合金材料在新能源汽車電機(jī)中的應(yīng)用正逐漸成為行業(yè)研究的熱點(diǎn)。各大企業(yè)紛紛加大研發(fā)力度,通過優(yōu)化材料性能、提升制備工藝等方式,不斷推動(dòng)非晶電機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。未來,隨著新能源汽車市場的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的不斷進(jìn)步,非晶合金材料在電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。
4 非晶合金電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)展望
面對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)與環(huán)境污染問題,研究發(fā)展高效節(jié)能的非晶合金電機(jī)意義重大。由于在高速高頻場合,非晶合金電機(jī)具有高效、高功率密度等常規(guī)電機(jī)無法比擬的優(yōu)勢,使得非晶合金電機(jī)在航空航天、交通運(yùn)輸、智能制造、電動(dòng)汽車等眾多領(lǐng)域存在著廣闊的市場。但目前非晶合金電機(jī)仍然存在許多科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)需要突破。
1)非晶合金材料屬性提升。現(xiàn)有非晶合金帶材均存在脆、硬等物理特性以及飽和磁通密度低的電磁特性,以上特性難以滿足設(shè)計(jì)制造非晶合金鐵心的需要,因此研究非晶合金材料電磁性能與機(jī)械性能最優(yōu)匹配規(guī)律,得到具有優(yōu)良磁性能和機(jī)械性能的優(yōu)質(zhì)非晶合金材料具有重要意義。
2)非晶合金電機(jī)批量化生產(chǎn)技術(shù)??紤]到非晶合金材料難于切割和加工的特點(diǎn),現(xiàn)有非晶合金電機(jī)加工制造存在耗時(shí)長的問題,尚缺乏經(jīng)濟(jì)、低耗能、便于批量化的非晶合金電機(jī)生產(chǎn)技術(shù);同時(shí)也要注重降低非晶合金的成本。
3)非晶合金電機(jī)多物理場設(shè)計(jì)平臺(tái)。非晶合金電機(jī)多應(yīng)用于高頻高速場合,使得非晶合金高速電機(jī)內(nèi)部存在復(fù)雜的多物理場,在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮各物理場之間的相互影響。目前該類電機(jī)多物理場計(jì)算時(shí)主要依賴數(shù)值方法,存在耗時(shí)長的問題,不利于電機(jī)的初始設(shè)計(jì),尚缺乏快速準(zhǔn)確的非晶合金電機(jī)多物理場設(shè)計(jì)平臺(tái)。
4)非晶合金電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。高效率、高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度及低成本等是非晶合金電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要兼顧的重要性能指標(biāo),在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)這些性能指標(biāo)往往相互制約與沖突,在現(xiàn)有基于遺傳算法、粒子群算法等智能算法指導(dǎo)下電機(jī)優(yōu)化的主要缺陷在于大量的有限元分析會(huì)帶來的龐大計(jì)算負(fù)擔(dān),尚缺乏有效的非晶合金電機(jī)多目標(biāo)快速全局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
5)轉(zhuǎn)子非晶合金電機(jī)研發(fā)。受限于加工工藝及機(jī)械性能的影響,目前非晶合金材料多用于制造高速電機(jī)的定子鐵心,對(duì)于非晶合金材料應(yīng)用于轉(zhuǎn)子鐵心的相關(guān)報(bào)道較少。探討非晶合金轉(zhuǎn)子鐵心機(jī)械性能提升技術(shù),研發(fā)轉(zhuǎn)子非晶合金高速電機(jī)對(duì)于進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)子損耗與溫升,提高電機(jī)功率密度具有重要意義。
6)先進(jìn)控制器技術(shù)。非晶合金電機(jī)多應(yīng)用于高頻高速場合,然而電機(jī)工作頻率經(jīng)常會(huì)受到控制器限制,故研發(fā)高性能控制器及先進(jìn)控制技術(shù)對(duì)于非晶合金電機(jī)系統(tǒng)效率優(yōu)化、轉(zhuǎn)矩/功率密度提升具有重要意義。
5 結(jié)束語
非晶合金電機(jī)具有體積小、效率高、功率密度高的特點(diǎn),是新型高效能電機(jī)的重要發(fā)展方向。本文首先從非晶合金材料特性出發(fā),分析了非晶合金材料相對(duì)于傳統(tǒng)硅鋼片材料的優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)現(xiàn)階段徑向磁通及軸向磁通非晶合金電機(jī)鐵心常用的加工工藝進(jìn)行了闡述,同時(shí)還總結(jié)了不同結(jié)構(gòu)類型非晶合金電機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用情況。其次,從非晶合金電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)出發(fā),總結(jié)了考慮退火、浸漆固化等加工工藝及過盈配合等裝配工藝影響下的非晶合金電機(jī)鐵心磁化特性與損耗的精確計(jì)算方法和溫升分布精確計(jì)算方法;歸納了徑向磁通與軸向磁通非晶合金電機(jī)振動(dòng)噪聲精確計(jì)算方法以及不同加工工藝、不同電流諧波含量等對(duì)非晶合金電機(jī)振動(dòng)噪聲的影響規(guī)律,給出了非晶合金電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。最后,從非晶合金材料屬性提升、非晶合金電機(jī)批量化生產(chǎn)、非晶合金電機(jī)軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)等幾個(gè)方面對(duì)非晶合金電機(jī)未來發(fā)展趨勢與研究方向進(jìn)行了展望。
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(責(zé)任編輯:景 勇 英文審校:尹淑英)
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(52222702)。
特邀專家 唐任遠(yuǎn),中國工程院院士,沈陽工業(yè)大學(xué)終身教授,我國稀土永磁電機(jī)領(lǐng)域的奠基人和開拓者之一。他在稀土永磁電機(jī)理論研究和設(shè)計(jì)方面的系統(tǒng)成就為稀土永磁電機(jī)的推廣應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用,先后獲國家科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)3項(xiàng),省部級(jí)獎(jiǎng)10項(xiàng)。主持撰寫并出版《現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)》專著,《中國電氣工程大典》中《電機(jī)工程》卷等編、譯、著10部;發(fā)表論文400余篇,被國際三大檢索收錄100余篇。培養(yǎng)了博士后2名、博士39名、碩士141名及眾多本科生。曾獲國家“五一”勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)?、全國?yōu)秀科技工作者、全國模范教師、遼寧省優(yōu)秀專家、國家“863計(jì)劃”十五周年先進(jìn)工作者、全國稀土推廣應(yīng)用先進(jìn)科技工作者等國家、省、市表彰30余次。
特邀專家 佟文明,沈陽工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師。國家稀土永磁電機(jī)工程技術(shù)研究中心分管日常工作的副主任兼電氣工程學(xué)院副院長,國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者、教育部霍英東教育基金會(huì)高等院校青年教師基金獲得者、“興遼英才計(jì)劃”青年拔尖人才、沈陽市中青年科技創(chuàng)新人才支持計(jì)劃入選者。長期從事高效輕量化永磁電機(jī)系統(tǒng)研究,在高效非晶合金電機(jī)、高功率密度永磁電機(jī)、高精密永磁伺服電機(jī)系統(tǒng)方面取得研究進(jìn)展。主持國家級(jí)科研項(xiàng)目4項(xiàng),中央軍委裝備預(yù)研課題等省部級(jí)及企業(yè)合作項(xiàng)目20余項(xiàng)。獲遼寧省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、遼寧省研究生教學(xué)成果特等獎(jiǎng)等科研、教學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)15項(xiàng)。以第一作者或通訊作者在學(xué)科頂級(jí)SCI、EI期刊發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文56篇;獲授權(quán)美國專利2項(xiàng),國家發(fā)明專利25項(xiàng)。入選了美國斯坦福大學(xué)與Elsevier聯(lián)合發(fā)布2023年度“全球前2%頂尖科學(xué)家榜單”,獲遼寧“最美青年”、遼寧省高校“校園先鋒示范崗”、沈陽市最美科技工作者等稱號(hào)。