轴向磁场永磁电机(又称盘式电机)因具有轴向 尺寸短、质量轻、体积小、结构紧凑等特点，受到 人们越来越多的关注。尤其在轴向尺寸有限的应用 场合，如空调外机、汽车散热器的风扇、电动车辆 等，具有明显优越性[1-3]。现有技术中已有轴向磁场 无铁心永磁电机的报道[4-6]，其特点是由双转子和单 定子组成的双气隙对称结构，两侧转子上的永磁体 N-S 对等放置，因此磁通不需要利用中间定子铁心 来形成闭合磁路，即形成轴向磁场无铁心永磁电 机。该结构能够减小电机质量，消除齿槽转矩和铁 心损耗，但其定子采用无铁心后，由于有效气隙变 大，气隙磁密不高，导致电机的转矩密度比较低[7]。 为了提高气隙磁密，采用 Halbach 型磁体阵列 的永磁电机正在逐渐被应用。Halbach 型磁钢具有 磁屏蔽功能，经合理设计，可获得比常规磁钢更高 的气隙磁密基波幅值，并可获得更接近正弦的气隙 磁密分布波形[8-10]。国内外文献均有无铁心永磁电 机采用理想 Halbach 磁钢结构的报道[11-14]，文献[12] 提出了用于太阳能供电的电动车辆的无铁心盘式 电机，电机采用 60磁化方向的 Halbach 磁体结构， 但该电机的材料价格高，加工难度大。美国 Gieras 等[13]讨论了无铁心轴向磁场永磁无刷电机的结构 特点，提出了单盘和多盘两种结构，定转子均为无 铁心，多盘结构电机有 2 个转子，均采用 Halbach 永磁体阵列；同时研究了气隙磁场的分布，并对该电机进行了成本分析，与同样功率和转速的径向磁 场有铁心电机相比，该电机效率提高了 1.2%，重量 降低了 45%，功率密度提高了 82%，但成本增加了 109.2%。文献[14]提出为了获得正弦分布的磁场， Halbach 阵列永磁体充磁方向必须多样，这对永磁 体的充磁、加工技术的要求比较高，也势必提高了 永磁体的制造成本，从而增加整个电机的成本。可 以看出，虽然现有 Halbach 型阵列永磁体的应用提 高了无铁心电机的气隙磁密，但稀土永磁体的材料 要比背铁材料价格昂贵[15]，而 Halbach 磁体阵列电 机需要比常规电机更多的永磁体，所以导致该类电 机成本上升。 为了降低电机制作成本，文献[16]提出了采用 不同磁材料组成磁极的组合型磁极技术，每个磁极 采用价格不一的磁材料组合而成，降低了电机成 本，通过设计不同磁材料的宽度，可以优化气隙磁 密波形，减小谐波分量，但是该方法不能有效提高 气隙磁密。 结合 Halbach 磁体阵列的优点以及组合型磁极 技术特点，本文提出一种磁极组合型轴向磁场无铁 心永磁电机。文中一方面分析了该电机的转矩，另 一方面以提高永磁体利用率，即单位体积永磁体所 产生的平均输出转矩，与气隙磁通密度波形正弦性 为目标，基于三维有限元分析模型，优化设计了该 电机的结构参数。更多详细内容请见附件
磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机的设计与分析_曹永娟.pdf
永磁同步电机转子初
