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(jié)構(gòu)，實際的運作也非常的可靠。當(dāng)前，科研人員對永磁電機越來越重視，開始進(jìn)行深刻的研究，以便將永磁電機利用到各個高科技領(lǐng)域。本次研究針對永磁電機的使用情況進(jìn)行分析和研究，希望能夠通過軸向研究的工作提升傳統(tǒng)功能性質(zhì)，得到更加優(yōu)越的機械延伸性。

關(guān)鍵詞：軸向；永磁電機；研究發(fā)展

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

0 前言

永磁電機在發(fā)展的過程中普遍存在的機理規(guī)律及時將鐵質(zhì)的芯片紡織與機械的槽體重，然后遵循一定的規(guī)律進(jìn)行順序的排列，通過纏繞的方式進(jìn)行機械的組織構(gòu)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(zhuǎn)的功能配件出現(xiàn)齒糟的效應(yīng)，影響了實際的運作脈絡(luò)。然而無槽式用電機也有缺點，響應(yīng)速度太慢、換向性能太差、轉(zhuǎn)動慣性大等等。這種電機結(jié)構(gòu)比較簡單，可以靈活控制，還具有很好的換向性能。現(xiàn)在軸向永磁電機已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、儀表、電動工作等多個領(lǐng)域。

1 永磁電機的軸向概念及優(yōu)越性

永磁電機的軸向，就是通過對電子的磁場進(jìn)行轉(zhuǎn)變，促進(jìn)一種平行方式的電流流轉(zhuǎn)，進(jìn)而運營發(fā)電機制運作。這種電機雖然結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但是性能一點也不比傳統(tǒng)電機差。伴隨永磁電機向軸向改革的轉(zhuǎn)變，主要依靠的是更高性質(zhì)的永磁材質(zhì)的開發(fā)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(tǒng)的電機，軸向永磁電機的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)上來講要比傳統(tǒng)電機簡單很多。在過去，永磁材料的發(fā)展還沒有這么先進(jìn)，永磁體產(chǎn)生的磁力很弱，也很容易消失，所以永磁電機只能應(yīng)用于一些小型的發(fā)電場合。當(dāng)人類開發(fā)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(fā)展?，F(xiàn)在的軸向永磁電機，已經(jīng)不僅僅能應(yīng)用于玩具、儀器儀表等小型發(fā)電，也逐步邁向了家電、交通工具等大型發(fā)電場合。

2 永磁電機的軸向結(jié)構(gòu)

2.1 定子結(jié)構(gòu)

軸向永磁電機可以按照定轉(zhuǎn)子的數(shù)目和定轉(zhuǎn)子的相對位置進(jìn)行分類。主要有四種結(jié)構(gòu)形式：單定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、雙定子中間轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、雙轉(zhuǎn)子中間定子結(jié)構(gòu)和多盤式結(jié)構(gòu)[2]。定子是研究軸向永磁電機的重點，因為定子的結(jié)構(gòu)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(jìn)行組織構(gòu)建，在實際的使用過程中存在環(huán)繞性質(zhì)的組件，還涉及到凸出的鼓型組件。環(huán)形繞組的端部是沿著內(nèi)外徑的軸向分布，采用的是非疊繞組結(jié)構(gòu)。而鼓形繞組的端部是沿著內(nèi)外徑的周向進(jìn)行分布，既可以采用疊繞組結(jié)構(gòu)，也可以采用非疊繞組結(jié)構(gòu)。定子的制作材料一般采用薄硅鋼片、軟磁復(fù)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)。電機的轉(zhuǎn)子由鐵芯材料、永磁體和外圍支撐圓盤三部分組成。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)一般有表貼式、內(nèi)嵌式和Halbach式]。前兩種結(jié)構(gòu)區(qū)別很小，如果永磁體直接貼在轉(zhuǎn)子鐵芯上就是表貼式；如果永磁體嵌入在轉(zhuǎn)子鐵芯中間則是內(nèi)嵌式。Halbach結(jié)構(gòu)與這兩者都不一樣。這種結(jié)構(gòu)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(diào)整某個方向上磁場的增強或削弱。這種結(jié)構(gòu)形成的是損耗小、轉(zhuǎn)矩脈動小的理想磁場，優(yōu)勢在于不需要背鐵也能完成磁路閉合，適合應(yīng)用在高性能的發(fā)電系統(tǒng)中。

3 永磁電機的軸向功能應(yīng)用

3.1 電能驅(qū)動車

為未來環(huán)境因素著想，考慮保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略實施，全球各國都開始了對新能源汽車的研究。而電能驅(qū)動車就是采用新能源的車輛當(dāng)中的一種。電動能源驅(qū)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(fā)電能驅(qū)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(qū)動車的車輪上，讓軸向永磁電機融入電能驅(qū)動車的動能傳動系統(tǒng)。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(zhuǎn)矩密度。

3.2 風(fēng)力發(fā)電

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

3.3 其他領(lǐng)域

除了上述兩方面，軸向永磁電機還有著其他方面的應(yīng)用。比如在航空航天方面，由于軸向永磁電機的結(jié)構(gòu)簡單，故障較少，被應(yīng)用于我國各種航空工具的發(fā)電。我國現(xiàn)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(chǎn)的100 kVA 60000r/min的稀土永磁同步發(fā)電機。

對于大型的電站、礦山、油田來說，電機達(dá)到兆瓦級的功率很平常。而且由于電機的效率和電能轉(zhuǎn)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(yè)推廣應(yīng)用以后，電機效率和電能轉(zhuǎn)化率大大提高，避免電能的浪費。

4 結(jié)論

軸向永磁電機的運用范圍已經(jīng)擴展到了多個科學(xué)領(lǐng)域，比如電能驅(qū)動車、風(fēng)力發(fā)電、飛輪儲能、航空航天等。這些高科技領(lǐng)域都要求電機不僅要具有以往高效率、高功率密度等優(yōu)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(fā)展永磁電機向軸向發(fā)展的關(guān)鍵，也是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重要體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[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(fā)展綜述[J].中國電機工程學(xué)報，2015（01）：192-205.

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

[3]王鳳翔.永磁電機在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用及其發(fā)展趨向[J].電工技術(shù)學(xué)報，2012（03）：12-24.