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1.3 轴向磁场电机的特点

径向磁场电机与轴向磁场电机在结构上的差异导致了两种电机的形状不同,制造工艺也不一样,电机的性能也存在差异。就形状来说,这两种电机通常有不同的轴向长度和内径的比值,被称为长径比。径向磁场电机通常有较大的长径比,电机的形状为圆柱形,存在电机散热困难、转子内部空间利用率低等技术瓶颈。对于轴向磁场电机而言,电机的长径比较小,即外径和轴向长度的比值要高一些,电机外形呈圆盘状,因此被称为盘式电机。传统径向磁场电机的磁路结构完全可以采用二维平面结构来描述,而轴向磁场电机必须采用三维平面结构来描述。另外,轴向磁场电机有不同于径向磁场电机的制造特点。例如,径向磁场电机的定子铁心叠片是沿轴向叠压的,相对比较容易。而轴向磁场电机的定子铁心叠片是沿周向叠压的,难度比较大。

摆脱叠片铁心困扰有两种方法:采用实体铁心加工或采用印制的铁心;采用整个无铁心或无铁心轭的磁路结构。上述两种方法的可行性建立在获得新材料的基础上(对于电机领域来说是新的):粉末型软磁复合材料,可以通过加工处理或直接采用压制或印制处理来成型;高性能永磁材料和具有良好热性能/机械性能的塑性材料,可以减少或消除磁性材料的使用。目前,随着软磁复合材料性能的改进,采用软磁复合材料(SMC)做成的铁心代替叠片铁心可为上述难题提供一个有效的解决办法。

1.3.1 轴向磁场电机的优点

由于轴向磁场电机定子、转子具有独特的盘形结构,因此它的设计很灵活,结构种类繁多。根据不同应用场合的需要,轴向磁场电机可以设计成单气隙或多气隙电机,可以是单盘、双盘或多盘结构。电机可以有电枢槽或无电枢槽,可以有电枢铁心或无电枢铁心。对于有电枢铁心的电机,可以是有轭的或无轭的。装有永磁体的转子盘可以放置在里面,也可以放置在外面。

由于轴向磁场电机的输出功率与盘形铁心端面的面积有关,而与电机轴向长度无关,铁心长度只受轭部磁通密度最大值限制,电机结构紧凑、转动惯量小,且这种电机散热条件好,电磁负荷可选择较高值,因此其功率体积比即功率密度,较传统径向磁场电机的功率体积比大,耗用材料少。轴向磁场电机还可以做成多定子、多转子的多气隙结构,以提高输出功率。

在特定的场合下,AF电机还有很多优点,它可以应用于以下场合。

(1)与传统的电机相比,AF电机结构紧凑,有较大的功率质量比,特别是当电机的极数足够多(从12极到上百极),轴向长度与外径的比率足够小(扁平结构)时,轴向磁场电机在功率和转矩密度方面有明显的优势,特别适合应用于飞机、电动汽车上。

(2)有较大的长径比,能设计成多极电机,尤其适用于低速应用场合,如直驱电梯驱动、起重机、风力发电机、水轮发电机等。

(3)外形扁平,适用于风扇、泵等家用电器。

(4)采用无转子铁心,可适用于响应快、惯量小的电机。

(5)平面型气隙将定子和转子分隔开,因此可以设计成屏蔽电机。

(6)大惯量轴向磁场电机配上简单的功率晶体管调速器,可在低速范围内平衡运转。

(7)较大的转子直径具有较大的转动惯量,可以用于飞轮储能装置。 Ln0LNx1m3FJGyf5Etpiywg98JRsv6PTitlzWNZ9BJ9xBLx5JVs/4xdA6f9cuKMtC

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