軸向永磁電機(jī)及其研究發(fā)展綜述

軸向永磁電機(jī)及其研究發(fā)展綜述一、本文概述隨著科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)的快速發(fā)展，電機(jī)作為轉(zhuǎn)換電能為機(jī)械能的裝置，其性能與效率的提升一直是工業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。軸向永磁電機(jī)（AxialFluxPermanentMagnetMachines，AFPM）作為一種新型的電機(jī)結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和優(yōu)異的性能使其在眾多應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。本文旨在對(duì)軸向永磁電機(jī)及其研究發(fā)展進(jìn)行綜述，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和實(shí)踐者提供有益的參考和啟示。本文將簡(jiǎn)要介紹軸向永磁電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，幫助讀者理解其獨(dú)特的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。本文將重點(diǎn)回顧軸向永磁電機(jī)的發(fā)展歷程，分析其在不同階段的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新點(diǎn)。接著，本文將探討軸向永磁電機(jī)在不同應(yīng)用領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用情況，包括但不限于電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。本文還將對(duì)軸向永磁電機(jī)的性能評(píng)估與優(yōu)化方法進(jìn)行討論，分析現(xiàn)有研究在提高效率、降低損耗、增強(qiáng)可靠性等方面的主要成果和挑戰(zhàn)。本文將展望軸向永磁電機(jī)未來(lái)的研究和發(fā)展趨勢(shì)，探討其在新材料、新工藝、新控制策略等方面的創(chuàng)新潛力，以期推動(dòng)軸向永磁電機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用拓展。通過(guò)本文的綜述，希望能為軸向永磁電機(jī)的進(jìn)一步研究和發(fā)展提供有益的借鑒和指導(dǎo)。二、軸向永磁電機(jī)的基本原理與結(jié)構(gòu)軸向永磁電機(jī)（AxialFluxPermanentMagnetSynchronousMotor,AFPMSM）是一種新型的電機(jī)設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)在于磁通路徑沿軸向分布，與傳統(tǒng)徑向磁通電機(jī)相比，具有更高的功率密度和效率。其基本原理和結(jié)構(gòu)如下所述。軸向永磁電機(jī)的基本原理基于電磁感應(yīng)和永磁體的磁化效應(yīng)。電機(jī)中的永磁體產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，電流在電機(jī)繞組中流動(dòng)，產(chǎn)生電磁場(chǎng)。這個(gè)電磁場(chǎng)與永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。在軸向永磁電機(jī)中，磁場(chǎng)的方向沿軸向，因此電機(jī)的轉(zhuǎn)矩也是沿軸向的。（1）軸向磁路設(shè)計(jì)：電機(jī)采用軸向磁路設(shè)計(jì)，即磁通從電機(jī)的一端穿過(guò)電機(jī)內(nèi)部到達(dá)另一端。這種設(shè)計(jì)使得電機(jī)在有限的體積內(nèi)可以布置更多的磁極，從而提高了電機(jī)的功率密度。（2）永磁體布置：軸向永磁電機(jī)通常采用表貼式或內(nèi)置式永磁體布置方式。表貼式永磁體布置簡(jiǎn)單，但磁阻較大；內(nèi)置式永磁體可以提高電機(jī)的氣隙磁密，但制造難度較高。（3）繞組設(shè)計(jì)：軸向永磁電機(jī)的繞組通常采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組或分布式繞組。分?jǐn)?shù)槽集中繞組可以降低繞組電感，提高電機(jī)的高速性能；分布式繞組則具有較好的電磁性能和散熱性能。（4）冷卻系統(tǒng)：由于軸向永磁電機(jī)的高功率密度，其運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量較大。因此，電機(jī)需要配備有效的冷卻系統(tǒng)，如液體冷卻或強(qiáng)制風(fēng)冷等，以保證電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。軸向永磁電機(jī)通過(guò)其獨(dú)特的軸向磁路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高功率密度和效率。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的不斷提高，軸向永磁電機(jī)在未來(lái)將有更廣闊的應(yīng)用前景。三、軸向永磁電機(jī)的分類與特點(diǎn)軸向永磁電機(jī)，以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，在電機(jī)領(lǐng)域中獨(dú)樹(shù)一幟。根據(jù)設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用場(chǎng)景的不同，軸向永磁電機(jī)可分為多種類型，每種類型都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。軸向磁通永磁電機(jī)：這類電機(jī)的主要特點(diǎn)是磁通路徑平行于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸，使得電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)矩密度高。它們通常用于需要高轉(zhuǎn)矩和快速響應(yīng)的應(yīng)用，如電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電等。徑向磁通永磁電機(jī)：與軸向磁通電機(jī)不同，徑向磁通電機(jī)的磁通路徑垂直于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸。這種設(shè)計(jì)使得電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)具有較低的損耗和較高的效率，因此常用于高速電機(jī)和飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。Halbach陣列電機(jī)：Halbach陣列電機(jī)是一種特殊的永磁電機(jī)，其永磁體以Halbach陣列的方式排列，可以產(chǎn)生更高的氣隙磁場(chǎng)和更好的轉(zhuǎn)矩性能。這種電機(jī)通常用于需要高效率和高轉(zhuǎn)矩密度的應(yīng)用，如電動(dòng)車輛和機(jī)器人。高轉(zhuǎn)矩密度：由于永磁體的存在，軸向永磁電機(jī)可以在較小的體積內(nèi)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，這使得它們非常適合于對(duì)轉(zhuǎn)矩有較高要求的應(yīng)用。高效率：由于磁通路徑的優(yōu)化和電機(jī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，軸向永磁電機(jī)在運(yùn)行時(shí)具有較低的損耗和較高的效率，從而提高了能源利用率。良好的動(dòng)態(tài)性能：由于軸向永磁電機(jī)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，它們通常具有較快的響應(yīng)速度和較好的動(dòng)態(tài)性能，這使得它們適合于需要快速響應(yīng)和精確控制的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：軸向永磁電機(jī)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、飛輪儲(chǔ)能、機(jī)器人等領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用的拓展，軸向永磁電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷擴(kuò)大。軸向永磁電機(jī)以其高轉(zhuǎn)矩密度、高效率、良好的動(dòng)態(tài)性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為了電機(jī)領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支。隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，相信軸向永磁電機(jī)將會(huì)在未來(lái)的能源轉(zhuǎn)換和利用中發(fā)揮更大的作用。四、軸向永磁電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展現(xiàn)狀軸向永磁電機(jī)作為一種高效、緊湊的電機(jī)類型，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注與研究。其關(guān)鍵技術(shù)包括繞組設(shè)計(jì)、磁路優(yōu)化、熱管理、控制策略等，這些技術(shù)的發(fā)展直接影響著軸向永磁電機(jī)的性能與應(yīng)用范圍。繞組設(shè)計(jì)是軸向永磁電機(jī)的核心技術(shù)之一。通過(guò)優(yōu)化繞組結(jié)構(gòu)，可以提高電機(jī)的電磁性能，降低銅耗，從而提高效率。目前，研究者們正在探索新型繞組結(jié)構(gòu)，如分?jǐn)?shù)槽集中繞組、非對(duì)稱繞組等，以期在保持電機(jī)性能的同時(shí)，降低制造成本。磁路優(yōu)化是提升軸向永磁電機(jī)性能的關(guān)鍵手段。磁路設(shè)計(jì)的合理性直接影響到電機(jī)的氣隙磁密分布、齒槽轉(zhuǎn)矩等關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)，如采用不等厚磁極、改變磁極形狀等，可以有效降低齒槽轉(zhuǎn)矩，提高電機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性。熱管理是軸向永磁電機(jī)運(yùn)行中的重要問(wèn)題。由于軸向永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，散熱困難，因此熱管理成為影響電機(jī)性能的關(guān)鍵因素。目前，研究者們正在探索新型散熱結(jié)構(gòu)，如采用液體冷卻、熱管技術(shù)等，以提高電機(jī)的散熱效率，保證電機(jī)在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行?？刂撇呗允禽S向永磁電機(jī)高效運(yùn)行的重要保障。通過(guò)優(yōu)化控制算法，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精確控制，提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和運(yùn)行效率。目前，研究者們正在研究先進(jìn)的控制策略，如直接轉(zhuǎn)矩控制、無(wú)傳感器控制等，以期在保持電機(jī)性能的降低控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。隨著科技的不斷進(jìn)步，軸向永磁電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。從電動(dòng)汽車到風(fēng)力發(fā)電，從工業(yè)機(jī)器人到航空航天，軸向永磁電機(jī)都展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。未來(lái)，隨著關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，軸向永磁電機(jī)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)工業(yè)和社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。五、軸向永磁電機(jī)的研究發(fā)展趨勢(shì)與展望隨著科技的不斷進(jìn)步和環(huán)保節(jié)能理念的深入人心，軸向永磁電機(jī)作為一種高效、環(huán)保的驅(qū)動(dòng)方式，其研究發(fā)展趨勢(shì)日益顯著。未來(lái)，軸向永磁電機(jī)的研究將主要圍繞以下幾個(gè)方面展開(kāi)。提高電機(jī)性能是軸向永磁電機(jī)研究的核心目標(biāo)。通過(guò)優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)，提高電機(jī)的電磁性能、熱性能和機(jī)械性能，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效、高功率密度和低噪聲運(yùn)行。同時(shí)，探索新型永磁材料，提高永磁體的磁性能和穩(wěn)定性，也是提高電機(jī)性能的重要途徑。降低制造成本是軸向永磁電機(jī)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，軸向永磁電機(jī)的制造成本相對(duì)較高，限制了其在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用中的推廣。因此，研究降低電機(jī)制造過(guò)程中的材料成本、加工成本和裝配成本，提高電機(jī)的生產(chǎn)效率和可靠性，是未來(lái)軸向永磁電機(jī)研究的重要方向。再次，拓展應(yīng)用領(lǐng)域是軸向永磁電機(jī)發(fā)展的重要方向。目前，軸向永磁電機(jī)已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，軸向永磁電機(jī)有望在航空航天、海洋工程、新能源等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。智能化和集成化是軸向永磁電機(jī)發(fā)展的重要趨勢(shì)。隨著智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，軸向永磁電機(jī)的智能化和集成化程度將不斷提高。通過(guò)引入智能控制系統(tǒng)和傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能監(jiān)控、故障診斷和自適應(yīng)控制，提高電機(jī)的運(yùn)行效率和可靠性；通過(guò)與其他設(shè)備和系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能化管理和優(yōu)化運(yùn)行，為工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活帶來(lái)更多便利和效益。軸向永磁電機(jī)作為一種高效、環(huán)保的驅(qū)動(dòng)方式，其研究發(fā)展趨勢(shì)廣闊。未來(lái)，通過(guò)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高性能、降低制造成本、拓展應(yīng)用領(lǐng)域以及實(shí)現(xiàn)智能化和集成化，軸向永磁電機(jī)有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類社會(huì)帶來(lái)更多創(chuàng)新和價(jià)值。六、結(jié)論隨著能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的日益嚴(yán)峻，軸向永磁電機(jī)作為一種高效、節(jié)能的新型電機(jī)，其研究和發(fā)展日益受到重視。本文綜述了軸向永磁電機(jī)的基本原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用領(lǐng)域以及當(dāng)前的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，旨在全面展示軸向永磁電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和未來(lái)應(yīng)用前景。軸向永磁電機(jī)以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)勢(shì)，在電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、工業(yè)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，軸向永磁電機(jī)的性能將進(jìn)一步提升，應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步拓寬。然而，軸向永磁電機(jī)的研究和發(fā)展仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，電機(jī)設(shè)計(jì)和優(yōu)化、冷卻技術(shù)、控制系統(tǒng)等方面的問(wèn)題仍需要進(jìn)一步研究和解決。軸向永磁電機(jī)的成本和市場(chǎng)推廣也是制約其發(fā)展的重要因素。展望未來(lái)，軸向永磁電機(jī)的研究和發(fā)展將更加注重環(huán)保、高效、智能化和集成化。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，軸向永磁電機(jī)有望成為未來(lái)電機(jī)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。軸向永磁電機(jī)作為一種高效、節(jié)能的新型電機(jī)，其研究和發(fā)展具有重要意義。未來(lái)，我們需要進(jìn)一步深入研究軸向永磁電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。參考資料：隨著科技的不斷發(fā)展，電動(dòng)汽車已成為未來(lái)交通領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。作為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵組成部分，輪轂電機(jī)的研究也受到了廣泛。本文將探討一種新興的輪轂電機(jī)技術(shù)——軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)，分析其特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和的應(yīng)用前景等。軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)是一種基于軸向磁通永磁同步電機(jī)技術(shù)的輪轂電機(jī)。與傳統(tǒng)徑向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)相比，軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)具有更高的能量密度和更高的效率。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)還具有易于維護(hù)、可靠性高、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)。在能源緊缺和環(huán)保壓力日益加大的背景下，電動(dòng)汽車的能效和環(huán)保性成為了研究重點(diǎn)。軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)的高效率和環(huán)保性，使得其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。除了電動(dòng)汽車，軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)還可以應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域。在交通領(lǐng)域，軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)可以作為新能源汽車的動(dòng)力源，能夠顯著提高汽車的能效和續(xù)航里程。由于其易于維護(hù)的特點(diǎn)，可以降低維護(hù)成本，提高車輛的可靠性和安全性。在風(fēng)電領(lǐng)域，軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)可以應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，提高發(fā)電效率和可靠性，降低運(yùn)維成本。軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)具有高效、環(huán)保、易維護(hù)性高等特點(diǎn)，在交通、風(fēng)電等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文對(duì)軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)的研究為該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供了思路和借鑒。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，相信軸向磁場(chǎng)永磁同步輪轂電機(jī)在未來(lái)將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。軸向永磁電機(jī)(axialfluxpermanentmagnetmachineAFPMM)也稱盤(pán)式永磁電機(jī)，因其結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)獲得越來(lái)越多的關(guān)注。AFPMM尤其適合應(yīng)用于電動(dòng)車輛、可再生能源系統(tǒng)、齒輪儲(chǔ)能系統(tǒng)和工業(yè)設(shè)備等要求高轉(zhuǎn)矩密度和空間緊湊的場(chǎng)合。近年來(lái)，軸向永磁電機(jī)因其結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)獲得研究人員越來(lái)越多的關(guān)注，已有大量對(duì)多種結(jié)構(gòu)的軸向永磁電機(jī)在小同領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。該文介紹了軸向永磁電機(jī)的一般定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以及若十特殊結(jié)構(gòu)，對(duì)比了軸向永磁電機(jī)和傳統(tǒng)徑向永磁電機(jī)的性能和特征，分析了軸向永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)分析方法，討論了軸向永磁電機(jī)在小同領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，最后總結(jié)展望了軸向永磁電機(jī)及其相關(guān)技術(shù)研究的主要發(fā)展方向。軸向永磁電機(jī)(axialfluxpermanentmagnetmachineAFPMM)也稱盤(pán)式永磁電機(jī)，因其結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)獲得越來(lái)越多的關(guān)注。AFPMM尤其適合應(yīng)用于電動(dòng)車輛、可再生能源系統(tǒng)、齒輪儲(chǔ)能系統(tǒng)和工業(yè)設(shè)備等要求高轉(zhuǎn)矩密度和空間緊湊的場(chǎng)合。軸向永磁電機(jī)氣隙呈平面型，氣隙磁場(chǎng)沿軸向分布。法拉第發(fā)明的世界上第一臺(tái)電機(jī)就是軸向電機(jī)，受材料和工藝水平的限制，軸向永磁電機(jī)在此后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間未能得到進(jìn)一步的發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新型材料的涌現(xiàn)和工藝水平的改善，為了克服傳統(tǒng)圓柱式電機(jī)存在的鐵心利用率低和冷卻困難等問(wèn)題，軸向永磁電機(jī)重新獲得重視。目前，軸向永磁電機(jī)憑借其在功率密度和效率等方面的優(yōu)勢(shì)，已成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?；?項(xiàng)并總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在軸向永磁電機(jī)方面所進(jìn)行的研究工作，首先從定轉(zhuǎn)子角度出發(fā)，介紹了軸向永磁電機(jī)的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后分別從性能與特征、特殊結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)分析方法、應(yīng)用領(lǐng)域等角度歸納與總結(jié)了國(guó)內(nèi)外軸向永磁電機(jī)的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵問(wèn)題，最后探討了軸向永磁電機(jī)未來(lái)發(fā)展的主要方向。軸向永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)多樣，按照定轉(zhuǎn)子數(shù)目以及定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置可分為四類：?jiǎn)味ㄞD(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(single-sidedstructureSS)、雙定子中間轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(double-sidedinternalrotorstructureAFIR)、雙轉(zhuǎn)子中間定子結(jié)構(gòu)(double-sidedinternalstatorstructureTORUS)和多盤(pán)式結(jié)構(gòu)(multi-diskstructureMS)。定子涉及銅耗、鐵耗、散熱以及繞組繞線方式等多種問(wèn)題，因此，它是軸向永磁電機(jī)研究的重點(diǎn)。依據(jù)磁通閉合路徑的不同，定子可采用有鐵心或無(wú)鐵心結(jié)構(gòu)，有鐵心定子又可分為有槽和無(wú)槽兩種形式。為了減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，也可以采用斜槽結(jié)構(gòu)。軸向永磁電機(jī)定子繞組有兩種常用形式，即為鼓形繞組和環(huán)形繞組。兩者的區(qū)別在于繞組端部的連接，鼓形繞組端部沿著內(nèi)外半徑的周向分布，而環(huán)形繞組端部沿著內(nèi)外徑的軸向分布。前者既可以采用疊繞組也可以是非疊繞組，而后者一般采用非疊繞組結(jié)構(gòu)。軸向永磁電機(jī)定轉(zhuǎn)子沿軸向排列分布，定子便于采用薄硅鋼片、軟磁復(fù)合材料、非晶合金等新型材料，并衍生出多種結(jié)構(gòu)形式。無(wú)磁轆定子結(jié)構(gòu)用于雙轉(zhuǎn)子中間定子軸向永磁電機(jī)，繞組中間的鐵心可以采用普通硅鋼片、有取向硅鋼片或者非晶合金材料制作。由于沒(méi)有轆部，定子鐵心重量輕、鐵耗小，有助于提高電機(jī)的功率密度和效率。還可設(shè)計(jì)成模塊化結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化電機(jī)的制造與裝配過(guò)程；維修時(shí)，只替換故障模塊即可，降低了電機(jī)檢修與維護(hù)的難度。這種結(jié)構(gòu)可看作具有大槽口的有槽鐵心，因此，會(huì)在永磁體和轉(zhuǎn)子磁轆中引起較大的渦流。定子無(wú)鐵心軸向永磁電機(jī)通常采用中間定子結(jié)構(gòu)。無(wú)鐵心結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)效率高；而缺點(diǎn)是電機(jī)等效氣隙長(zhǎng)度增大，相比同等情況下的有鐵心電機(jī)，永磁材料的使用量會(huì)有所增加。無(wú)鐵心軸向永磁電機(jī)的定子線圈可以采用疊繞組和非疊繞組，相比較而言，采用非疊繞組形式優(yōu)點(diǎn)較多。例如，線圈制造和裝配簡(jiǎn)便；繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，端部連接短；每匝線圈平均長(zhǎng)度短，定子線圈損耗小。但是，非疊繞組的繞組因數(shù)相對(duì)較小，影響輸出轉(zhuǎn)矩。研究表明，極數(shù)較高時(shí)采用非疊繞組可以得到較高的繞組因數(shù)和較好的輸出轉(zhuǎn)矩。定子無(wú)鐵心軸向永磁電機(jī)采用非疊繞組，不需要考慮齒槽轉(zhuǎn)矩和繞組在齒槽中的繞制等問(wèn)題，因而在繞組布局和裝配上選擇空間很大，存在兩種形式，通過(guò)適當(dāng)?shù)淖兓诓煌氖褂脳l件下還可以衍生出多種不同的繞線方式。為了克服單邊磁拉力等問(wèn)題，中間定子或轉(zhuǎn)子的雙邊結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的軸向永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)。永磁體的排列方式與徑向永磁電機(jī)類似，可以是表貼式、內(nèi)嵌式或Halbach形式。為了有效抑制有槽電機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩，軸向永磁電機(jī)通常采用永磁體傾斜、偏移等方法減小齒槽轉(zhuǎn)矩，相比定子斜槽，這些方法簡(jiǎn)單而有效。AFIR電機(jī)由兩個(gè)定子盤(pán)中間夾一個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)組成雙氣隙結(jié)構(gòu)，磁通從永磁體的N極出發(fā)經(jīng)過(guò)氣隙進(jìn)入定子，沿定子轆部周向經(jīng)一個(gè)極距后穿過(guò)氣隙，進(jìn)入相鄰永磁體的S極，再通過(guò)一個(gè)對(duì)稱路徑回到出發(fā)的磁極形成閉合磁路。主磁通直接沿軸向穿過(guò)永磁體，在轉(zhuǎn)子上沒(méi)有周向的路徑，轉(zhuǎn)子部分不需要使用鐵磁材料，因而轉(zhuǎn)子質(zhì)量輕，電機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。解析法能夠在特定的假設(shè)簡(jiǎn)化條件下，求解麥克斯韋方程組，實(shí)現(xiàn)滿足一定精度的磁場(chǎng)分析計(jì)算，節(jié)約大量的計(jì)算時(shí)間。然而，諸如磁路飽和、定子齒槽、漏磁等因素仍然難以在解析式中較為精確的體現(xiàn)，過(guò)度簡(jiǎn)化可能導(dǎo)致計(jì)算精度偏低?？紤]電樞反應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)的影響，運(yùn)用解析算法分析無(wú)槽軸向永磁發(fā)電機(jī)的內(nèi)部磁場(chǎng)，計(jì)算精度在s%以內(nèi)；利用解析法計(jì)算定子無(wú)鐵心軸向永磁電機(jī)在開(kāi)路狀態(tài)下的磁場(chǎng)，永磁體假定軸向充磁且具有恒定的相對(duì)磁導(dǎo)率，利用拉普拉斯方程通解的形式來(lái)代表永磁體的兒何形狀，所得分析結(jié)果與三維有限元計(jì)算相吻合。但定子開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的軸向永磁電機(jī)解析法分析依舊是一個(gè)難點(diǎn)。一些研究人員還采用解析法和有限元分析相結(jié)合的輔助方法來(lái)分析計(jì)算電機(jī)電磁場(chǎng)等效磁路法(magneticequivalentcircuitMEC)采用“磁路”和“電路”類比的方法，在考慮磁路飽和、鐵磁材料非線性以及永磁磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)磁場(chǎng)相互影響等因素下，利用隨時(shí)間和空間變化的磁阻構(gòu)建磁阻網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)節(jié)點(diǎn)磁位建立網(wǎng)絡(luò)方程，求解得到電機(jī)磁場(chǎng)分布，進(jìn)而求得電機(jī)相關(guān)靜態(tài)特性。等效磁路法可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度的有效平衡，計(jì)算時(shí)間比有限元法少，而計(jì)算精度一般比解析法高。鑒于等效磁路法的計(jì)算時(shí)間和精度適中，此類方法適合應(yīng)用于電機(jī)初始設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)等效磁路法在不同類型電機(jī)中的應(yīng)用做出了深入的研究，應(yīng)用范圍包括異步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、直線電機(jī)和軸向永磁電機(jī)等。相比較而言，等效磁路法在軸向永磁電機(jī)中的應(yīng)用還比較少，相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，是軸向永磁電機(jī)設(shè)計(jì)分析的一個(gè)難點(diǎn)。采用等效磁路模型，考慮磁路飽和以及磁通的三維分布，分析了一臺(tái)中間轉(zhuǎn)子軸向永磁電機(jī)的磁場(chǎng)分布，最終實(shí)現(xiàn)最優(yōu)輸出轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用等效磁路法計(jì)算了軸向永磁電機(jī)各個(gè)部分的磁通分布，由此得到反電動(dòng)勢(shì)波形，并通過(guò)傅里葉分析實(shí)現(xiàn)電機(jī)退磁的故障診斷。軸向永磁電機(jī)特殊的結(jié)構(gòu)形式，使得磁通密度沿徑向和軸向的分布體現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立的3D效應(yīng)：“彎曲效應(yīng)”和“邊緣效應(yīng)”。三維有限元分析可以同時(shí)考慮兩種效應(yīng)的影響，實(shí)現(xiàn)高精確度的磁場(chǎng)分析，但難以避免計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，而且不便應(yīng)用于存在多種參變量在較大范圍內(nèi)變動(dòng)的初始和優(yōu)化設(shè)計(jì)。提出了一種新的基于改進(jìn)麥克斯韋方程組的三維有限元分析方法計(jì)算軸向永磁電機(jī)的空載磁通，求得標(biāo)量磁勢(shì)的拉普拉斯方程解析解，三維模型將邊緣效應(yīng)和彎曲效應(yīng)考慮在內(nèi)，但計(jì)算耗時(shí)較少。另外，一些提出采用準(zhǔn)三維模型以及分段式二維有限元的方法實(shí)現(xiàn)電機(jī)磁場(chǎng)較為精確的分析計(jì)算。由于日益嚴(yán)峻的能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題，傳統(tǒng)交通車輛采用電力驅(qū)動(dòng)是社會(huì)和技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。低排放的新能源車輛，包括混合動(dòng)力車輛、純電動(dòng)車輛和燃料電池車輛已引起廣泛的關(guān)注與研究。電機(jī)作為電動(dòng)車輛上的核心部件，其性能特征要求嚴(yán)苛，需具備功率密度高，扭矩大、調(diào)速范圍寬、效率高、重量輕、體積小等特點(diǎn)。飛輪儲(chǔ)能利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)，釋放能量時(shí)利用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在齒輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中，作為電能與機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)換核心部件，電機(jī)的選擇直接決定子整個(gè)齒輪儲(chǔ)能系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。飛輪儲(chǔ)能電機(jī)需要滿足的性能要求包括：高速運(yùn)行以儲(chǔ)備能量；調(diào)速范圍廣，調(diào)速性能好；空載損耗低，運(yùn)行效率高；輸出轉(zhuǎn)矩大，輸出功率高；運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。隨著資源日益枯竭和環(huán)保意識(shí)的提升，風(fēng)力發(fā)電作為具有良好發(fā)展前景的一項(xiàng)可再生能源技術(shù)，得到了業(yè)內(nèi)人士高度的重視，尤其適合在擁有豐富風(fēng)能資源的中國(guó)、北美和歐洲地區(qū)開(kāi)發(fā)利用。軸向永磁電機(jī)特殊的定轉(zhuǎn)子平行安裝結(jié)構(gòu)，使得定轉(zhuǎn)子可以具有較大的外徑，易于多極設(shè)計(jì)以及在低速大轉(zhuǎn)矩場(chǎng)合的使用。另外，軸向永磁電機(jī)功率密度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，可以采用直接驅(qū)動(dòng)方式。因此，軸向永磁電機(jī)適合作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)。除了在電動(dòng)車輛、飛輪儲(chǔ)能、風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用外，軸向永磁電機(jī)在航空航天、家用電器、船舶推進(jìn)等要求高轉(zhuǎn)矩密度和空間緊湊的場(chǎng)合也得到廣泛使用。摘要：定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)是一種新型的電機(jī)類型，具有獨(dú)特的特點(diǎn)和廣泛的應(yīng)用前景。本文將介紹這種電機(jī)的最新研究進(jìn)展，包括制作原理、性能特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域和研究現(xiàn)狀等方面。關(guān)鍵詞：定子無(wú)鐵心，軸向磁通，永磁同步電機(jī)，制作原理，性能特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域，研究現(xiàn)狀。引言：定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)是一種新型的電機(jī)類型，與傳統(tǒng)的電機(jī)相比，它具有高效率、高功率密度、易于冷卻等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，如新能源汽車、航空航天、機(jī)器人等領(lǐng)域。因此，對(duì)定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)的研究具有重要的意義。定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)的制作原理是利用永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。其中，永磁體位于轉(zhuǎn)子部分，電樞反應(yīng)通過(guò)定子線圈產(chǎn)生。由于定子沒(méi)有鐵心，因此可以減小定子部分的渦流損耗和磁滯損耗，從而提高電機(jī)的效率。在構(gòu)建工藝方面，定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)的制作需要使用高性能的永磁材料，如釹鐵硼等。同時(shí)，電樞線圈的繞制也需要采用先進(jìn)的工藝方法，以減小線圈的電阻和漏磁。電機(jī)的外殼和冷卻系統(tǒng)也需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以保證電機(jī)的高效運(yùn)行和長(zhǎng)時(shí)間的使用壽命。定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)具有高效率、高功率密度、易于冷卻等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的電機(jī)相比，它的能效更高，可以減小能源的消耗，降低運(yùn)行成本。同時(shí)，由于定子無(wú)鐵心，該電機(jī)的冷卻效果更好，可以在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。這些優(yōu)點(diǎn)使得定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)在許多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。在新能源汽車領(lǐng)域，定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)可以作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用，提供更高的效率和更長(zhǎng)的續(xù)航里程。在航空航天領(lǐng)域，這種電機(jī)可以用于飛機(jī)的起飛和降落過(guò)程中，提供更高的加速度和更低的噪音。在機(jī)器人領(lǐng)域，定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)可以作為機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提供更高的精度和更快的響應(yīng)速度。目前，定子無(wú)鐵心軸向磁通永磁同步電機(jī)的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。在制作工藝方面，