轴向永磁电机及其研究发展

李家骐

摘 要：永磁电机的工作效率受到了广泛的肯定，在实际的工作过程中也能够承载比较大功率密度和效果。永磁电机的工作运行还兼具紧密性的结构，实际的运作也非常的可靠。当前，科研人员对永磁电机越来越重视，开始进行深刻的研究，以便将永磁电机利用到各个高科技领域。本次研究针对永磁电机的使用情况进行分析和研究，希望能够通过轴向研究的工作提升传统功能性质，得到更加优越的机械延伸性。

关键词：轴向；永磁电机；研究发展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.254

0 前言

永磁电机在发展的过程中普遍存在的机理规律及时将铁质的芯片纺织与机械的槽体重，然后遵循一定的规律进行顺序的排列，通过缠绕的方式进行机械的组织构建。具体的电机工作会存在一定程序上的阻碍，常见的情况是电磁旋转的功能配件出现齿糟的效应，影响了实际的运作脉络。然而无槽式用电机也有缺点，响应速度太慢、换向性能太差、转动惯性大等等。这种电机结构比较简单，可以灵活控制，还具有很好的换向性能。现在轴向永磁电机已经广泛应用于汽车、仪表、电动工作等多个领域。

1 永磁电机的轴向概念及优越性

永磁电机的轴向，就是通过对电子的磁场进行转变，促进一种平行方式的电流流转，进而运营发电机制运作。这种电机虽然结构简单，制造方便，但是性能一点也不比传统电机差。伴随永磁电机向轴向改革的转变，主要依靠的是更高性质的永磁材质的开发和利用。

轴向永磁电机的尺寸很小，外形像扁平的圆盘一样。外壳是用钢板压制而成，里面的永磁体则是用铁氧体或者钕铁硼材料制成。不同于传统的电机，轴向永磁电机的转子没有铁芯、换向火花小、电感小[1]。如果是需要使用薄型电机的场合，轴向永磁电机是非常好的选择。

由于永磁电机的磁场靠永磁体来生成，不需要励磁线圈和励磁电流，所以从结构上来讲要比传统电机简单很多。在过去，永磁材料的发展还没有这么先进，永磁体产生的磁力很弱，也很容易消失，所以永磁电机只能应用于一些小型的发电场合。当人类开发出钕铁硼材料做为磁极之后，轴向永磁电机开始得到快速发展。现在的轴向永磁电机，已经不仅仅能应用于玩具、仪器仪表等小型发电，也逐步迈向了家电、交通工具等大型发电场合。

2 永磁电机的轴向结构

2.1 定子结构

轴向永磁电机可以按照定转子的数目和定转子的相对位置进行分类。主要有四种结构形式：单定转子结构、双定子中间转子结构、双转子中间定子结构和多盘式结构[2]。定子是研究轴向永磁电机的重点，因为定子的结构决定着永磁电机的铁损耗多少、散热性能好坏、绕组绕线采取怎样的方式。定性的配件子体通过缠绕的方式进行组织构建，在实际的使用过程中存在环绕性质的组件，还涉及到凸出的鼓型组件。环形绕组的端部是沿着内外径的轴向分布，采用的是非叠绕组结构。而鼓形绕组的端部是沿着内外径的周向进行分布，既可以采用叠绕组结构，也可以采用非叠绕组结构。定子的制作材料一般采用薄硅钢片、软磁复合材料、非晶合金等。选用的制作材料决定了定子和铁芯重量轻的特点，这有利于电机提高工作效率。

2.2 转子结构

为了防止单边磁拉力的问题，永磁电机一般都会选用双边结构。电机的转子由铁芯材料、永磁体和外围支撑圆盘三部分组成。转子的结构一般有表贴式、内嵌式和Halbach式]。前两种结构区别很小，如果永磁体直接贴在转子铁芯上就是表贴式；如果永磁体嵌入在转子铁芯中间则是内嵌式。Halbach结构与这两者都不一样。这种结构是将不同充磁方向的永磁体排列在一起，通过相邻永磁体的不同方向夹角，来调整某个方向上磁场的增强或削弱。这种结构形成的是损耗小、转矩脉动小的理想磁场，优势在于不需要背铁也能完成磁路闭合，适合应用在高性能的发电系统中。

3 永磁电机的轴向功能应用

3.1 电能驱动车

为未来环境因素着想，考虑保护和可持续发展的战略实施，全球各国都开始了对新能源汽车的研究。而电能驱动车就是采用新能源的车辆当中的一种。电动能源驱动形式的机车类型，主要使用的重要功能部件就是电机。为了开发电能驱动车，车上的电机必须满足重量轻、体积小、扭矩大、功率密度高等要求。目前的考虑方向是将轴向永磁电机安装在点能驱动车的车轮上，让轴向永磁电机融入電能驱动车的动能传动系统。这样能够减少车辆的消耗成本，还能够保持电机的功率和转矩密度。

3.2 风力发电

永磁电机的轴向定位转换子部件的安装采取的是平行的方式，定转子的外径较大。这就决定了轴向永磁电机适合在低速大转矩的发电场合使用。风力发电正是轴向永磁电机适用的发展方向。为了能让发电机与涡轮叶片能够直接耦合，轴向永磁电机要采用外转子的结构形式[3]。风力发电可以通过直接驱动，发挥轴向永磁电机功率密度大、效率高的特点。

3.3 其他领域

除了上述两方面，轴向永磁电机还有着其他方面的应用。比如在航空航天方面，由于轴向永磁电机的结构简单，故障较少，被应用于我国各种航空工具的发电。我国现在的大部分航天飞机采用的就是美国通用电气公司所生产的100 kVA 60000r/min的稀土永磁同步发电机。

对于大型的电站、矿山、油田来说，电机达到兆瓦级的功率很平常。而且由于电机的效率和电能转化程度都不高，造成了很多不必要的浪费。轴向永磁电机在这些行业推广应用以后，电机效率和电能转化率大大提高，避免电能的浪费。

4 结论

轴向永磁电机的运用范围已经扩展到了多个科学领域，比如电能驱动车、风力发电、飞轮储能、航空航天等。这些高科技领域都要求电机不仅要具有以往高效率、高功率密度等优点，还要有强大的容错能力和安全可靠的特性。所以在轴向永磁电机的研究中，一定要加强对电机容错性能的研究，使电机的故障运行能力大大提高。这是发展永磁电机向轴向发展的关键，也是科学技术进步的重要体现。

参考文献：

[1]黄允凯，周涛，董剑宁，郭保成，张莉.轴向永磁电机及其研究发展综述[J].中国电机工程学报，2015（01）：192-205.

[2]耿振，李光友.轴向磁通永磁同步电机发展综述[J].微特电机，2015（09）：88-93+99.

[3]王凤翔.永磁电机在风力发电系统中的应用及其发展趋向[J].电工技术学报，2012（03）：12-24.