軸向磁場永磁電機(又稱盤式電機)因具有軸向 尺寸短、質量輕、體積小、結構緊湊等特點，受到 人們越來越多的關注。尤其在軸向尺寸有限的應用 場合，如空調外機、汽車散熱器的風扇、電動車輛 等，具有明顯優越性[1-3]。現有技術中已有軸向磁場 無鐵心永磁電機的報道[4-6]，其特點是由雙轉子和單 定子組成的雙氣隙對稱結構，兩側轉子上的永磁體 N-S 對等放置，因此磁通不需要利用中間定子鐵心 來形成閉合磁路，即形成軸向磁場無鐵心永磁電 機。該結構能夠減小電機質量，消除齒槽轉矩和鐵 心損耗，但其定子采用無鐵心后，由于有效氣隙變 大，氣隙磁密不高，導致電機的轉矩密度比較低[7]。 為了提高氣隙磁密，采用 Halbach 型磁體陣列 的永磁電機正在逐漸被應用。Halbach 型磁鋼具有 磁屏蔽功能，經合理設計，可獲得比常規磁鋼更高 的氣隙磁密基波幅值，并可獲得更接近正弦的氣隙 磁密分布波形[8-10]。國內外文獻均有無鐵心永磁電 機采用理想 Halbach 磁鋼結構的報道[11-14]，文獻[12] 提出了用于太陽能供電的電動車輛的無鐵心盤式 電機，電機采用 60?磁化方向的 Halbach 磁體結構， 但該電機的材料價格高，加工難度大。美國 Gieras 等[13]討論了無鐵心軸向磁場永磁無刷電機的結構 特點，提出了單盤和多盤兩種結構，定轉子均為無 鐵心，多盤結構電機有 2 個轉子，均采用 Halbach 永磁體陣列；同時研究了氣隙磁場的分布，并對該電機進行了成本分析，與同樣功率和轉速的徑向磁 場有鐵心電機相比，該電機效率提高了 1.2%，重量 降低了 45%，功率密度提高了 82%，但成本增加了 109.2%。文獻[14]提出為了獲得正弦分布的磁場， Halbach 陣列永磁體充磁方向必須多樣，這對永磁 體的充磁、加工技術的要求比較高，也勢必提高了 永磁體的制造成本，從而增加整個電機的成本。可 以看出，雖然現有 Halbach 型陣列永磁體的應用提 高了無鐵心電機的氣隙磁密，但稀土永磁體的材料 要比背鐵材料價格昂貴[15]，而 Halbach 磁體陣列電 機需要比常規電機更多的永磁體，所以導致該類電 機成本上升。 為了降低電機制作成本，文獻[16]提出了采用 不同磁材料組成磁極的組合型磁極技術，每個磁極 采用價格不一的磁材料組合而成，降低了電機成 本，通過設計不同磁材料的寬度，可以優化氣隙磁 密波形，減小諧波分量，但是該方法不能有效提高 氣隙磁密。 結合 Halbach 磁體陣列的優點以及組合型磁極 技術特點，本文提出一種磁極組合型軸向磁場無鐵 心永磁電機。文中一方面分析了該電機的轉矩，另 一方面以提高永磁體利用率，即單位體積永磁體所 產生的平均輸出轉矩，與氣隙磁通密度波形正弦性 為目標，基于三維有限元分析模型，優化設計了該 電機的結構參數。更多詳細內容請見附件
磁極組合型軸向磁場無鐵心永磁電機的設計與分析_曹永娟.pdf
永磁同步電機轉子初
