軸向永磁電機及其研究發展

李家騏

摘 要：永磁電機的工作效率受到了廣泛的肯定，在實際的工作過程中也能夠承載比較大功率密度和效果。永磁電機的工作運行還兼具緊密性的結構，實際的運作也非常的可靠。當前，科研人員對永磁電機越來越重視，開始進行深刻的研究，以便將永磁電機利用到各個高科技領域。本次研究針對永磁電機的使用情況進行分析和研究，希望能夠通過軸向研究的工作提升傳統功能性質，得到更加優越的機械延伸性。

關鍵詞：軸向；永磁電機；研究發展

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

0 前言

永磁電機在發展的過程中普遍存在的機理規律及時將鐵質的芯片紡織與機械的槽體重，然后遵循一定的規律進行順序的排列，通過纏繞的方式進行機械的組織構建。具體的電機工作會存在一定程序上的阻礙，常見的情況是電磁旋轉的功能配件出現齒糟的效應，影響了實際的運作脈絡。然而無槽式用電機也有缺點，響應速度太慢、換向性能太差、轉動慣性大等等。這種電機結構比較簡單，可以靈活控制，還具有很好的換向性能。現在軸向永磁電機已經廣泛應用于汽車、儀表、電動工作等多個領域。

1 永磁電機的軸向概念及優越性

永磁電機的軸向，就是通過對電子的磁場進行轉變，促進一種平行方式的電流流轉，進而運營發電機制運作。這種電機雖然結構簡單，制造方便，但是性能一點也不比傳統電機差。伴隨永磁電機向軸向改革的轉變，主要依靠的是更高性質的永磁材質的開發和利用。

軸向永磁電機的尺寸很小，外形像扁平的圓盤一樣。外殼是用鋼板壓制而成，里面的永磁體則是用鐵氧體或者釹鐵硼材料制成。不同于傳統的電機，軸向永磁電機的轉子沒有鐵芯、換向火花小、電感小[1]。如果是需要使用薄型電機的場合，軸向永磁電機是非常好的選擇。

由于永磁電機的磁場靠永磁體來生成，不需要勵磁線圈和勵磁電流，所以從結構上來講要比傳統電機簡單很多。在過去，永磁材料的發展還沒有這么先進，永磁體產生的磁力很弱，也很容易消失，所以永磁電機只能應用于一些小型的發電場合。當人類開發出釹鐵硼材料做為磁極之后，軸向永磁電機開始得到快速發展。現在的軸向永磁電機，已經不僅僅能應用于玩具、儀器儀表等小型發電，也逐步邁向了家電、交通工具等大型發電場合。

2 永磁電機的軸向結構

2.1 定子結構

軸向永磁電機可以按照定轉子的數目和定轉子的相對位置進行分類。主要有四種結構形式：單定轉子結構、雙定子中間轉子結構、雙轉子中間定子結構和多盤式結構[2]。定子是研究軸向永磁電機的重點，因為定子的結構決定著永磁電機的鐵損耗多少、散熱性能好壞、繞組繞線采取怎樣的方式。定性的配件子體通過纏繞的方式進行組織構建，在實際的使用過程中存在環繞性質的組件，還涉及到凸出的鼓型組件。環形繞組的端部是沿著內外徑的軸向分布，采用的是非疊繞組結構。而鼓形繞組的端部是沿著內外徑的周向進行分布，既可以采用疊繞組結構，也可以采用非疊繞組結構。定子的制作材料一般采用薄硅鋼片、軟磁復合材料、非晶合金等。選用的制作材料決定了定子和鐵芯重量輕的特點，這有利于電機提高工作效率。

2.2 轉子結構

為了防止單邊磁拉力的問題，永磁電機一般都會選用雙邊結構。電機的轉子由鐵芯材料、永磁體和外圍支撐圓盤三部分組成。轉子的結構一般有表貼式、內嵌式和Halbach式]。前兩種結構區別很小，如果永磁體直接貼在轉子鐵芯上就是表貼式；如果永磁體嵌入在轉子鐵芯中間則是內嵌式。Halbach結構與這兩者都不一樣。這種結構是將不同充磁方向的永磁體排列在一起，通過相鄰永磁體的不同方向夾角，來調整某個方向上磁場的增強或削弱。這種結構形成的是損耗小、轉矩脈動小的理想磁場，優勢在于不需要背鐵也能完成磁路閉合，適合應用在高性能的發電系統中。

3 永磁電機的軸向功能應用

3.1 電能驅動車

為未來環境因素著想，考慮保護和可持續發展的戰略實施，全球各國都開始了對新能源汽車的研究。而電能驅動車就是采用新能源的車輛當中的一種。電動能源驅動形式的機車類型，主要使用的重要功能部件就是電機。為了開發電能驅動車，車上的電機必須滿足重量輕、體積小、扭矩大、功率密度高等要求。目前的考慮方向是將軸向永磁電機安裝在點能驅動車的車輪上，讓軸向永磁電機融入電能驅動車的動能傳動系統。這樣能夠減少車輛的消耗成本，還能夠保持電機的功率和轉矩密度。

3.2 風力發電

永磁電機的軸向定位轉換子部件的安裝采取的是平行的方式，定轉子的外徑較大。這就決定了軸向永磁電機適合在低速大轉矩的發電場合使用。風力發電正是軸向永磁電機適用的發展方向。為了能讓發電機與渦輪葉片能夠直接耦合，軸向永磁電機要采用外轉子的結構形式[3]。風力發電可以通過直接驅動，發揮軸向永磁電機功率密度大、效率高的特點。

3.3 其他領域

除了上述兩方面，軸向永磁電機還有著其他方面的應用。比如在航空航天方面，由于軸向永磁電機的結構簡單，故障較少，被應用于我國各種航空工具的發電。我國現在的大部分航天飛機采用的就是美國通用電氣公司所生產的100 kVA 60000r/min的稀土永磁同步發電機。

對于大型的電站、礦山、油田來說，電機達到兆瓦級的功率很平常。而且由于電機的效率和電能轉化程度都不高，造成了很多不必要的浪費。軸向永磁電機在這些行業推廣應用以后，電機效率和電能轉化率大大提高，避免電能的浪費。

4 結論

軸向永磁電機的運用范圍已經擴展到了多個科學領域，比如電能驅動車、風力發電、飛輪儲能、航空航天等。這些高科技領域都要求電機不僅要具有以往高效率、高功率密度等優點，還要有強大的容錯能力和安全可靠的特性。所以在軸向永磁電機的研究中，一定要加強對電機容錯性能的研究，使電機的故障運行能力大大提高。這是發展永磁電機向軸向發展的關鍵，也是科學技術進步的重要體現。

參考文獻：

[1]黃允凱，周濤，董劍寧，郭保成，張莉.軸向永磁電機及其研究發展綜述[J].中國電機工程學報，2015（01）：192-205.

[2]耿振，李光友.軸向磁通永磁同步電機發展綜述[J].微特電機，2015（09）：88-93+99.

[3]王鳳翔.永磁電機在風力發電系統中的應用及其發展趨向[J].電工技術學報，2012（03）：12-24.