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1.2 轴向磁场电机的分类

由于轴向磁场电机独特的定子盘、转子盘结构,因此轴向磁场电机的结构非常灵活,种类很多,分类方法也比较复杂。按照普通旋转电机的分类方法,可以根据电机的工作原理分类,还可以根据电机的基本结构分类。

1.2.1 按电机的工作原理分类

在工作原理上,每种径向磁场电机都有其对应的轴向磁场电机。实际上,轴向磁场(Axial Flux, AF)电机的种类也是有限的。目前用到的AF电机主要有以下几种。

(1)带换向器的轴向磁场永磁(Axial Flux Permanent Magnet, AFPM)有刷直流电机。

(2)轴向磁场永磁同步电机和轴向磁场永磁无刷直流电机。

(3)轴向磁场异步电机。

1.2.1.1 带换向器的轴向磁场永磁有刷直流电机

轴向磁场永磁有刷直流电机在20世纪70年代初就被研制出来了,与径向磁场永磁有刷直流电机类似,带换向器的轴向磁场永磁有刷直流电机可以使用永磁体来代替电机的电励磁磁极。转子(电枢)可以设计成绕线转子或印刷绕组转子。在绕线转子电机中,电枢绕组由铜线绕制并用树脂模压而成。换向器类似于传统直流电机的换向器,它可以为圆柱体的。

图1.4所示为8极印刷绕组轴向磁场永磁有刷直流电机的结构示意图,图1.4(a)所示为永磁体定子,图1.4(b)所示为电机截面图,图1.4(c)所示为转子(电枢)绕组和电刷,图1.4(d)所示为电枢印刷绕组。由图1.4可见,永磁体放置在定子铁心上,该电机转子上无铁磁铁心,转子绕组类似于传统直流换向器电机的波绕组,线圈先由铜片压印再焊接形成波绕组,电枢采用印刷电路板的形式制成,因此被称为印刷绕组电机。需要指出的是,轴向磁场永磁直流电机是有刷电机。这种电机的气隙比较大,需要的永磁体用量比较大,因此可采用价格低廉的铝镍钴永磁材料。铝镍钴永磁材料有高的剩磁密度,但矫顽力不大。

图1.4 8极印刷绕组轴向磁场永磁有刷直流电机的结构示意图

轴向磁场永磁有刷直流电机有许多优点:轴向尺寸短,可适用于对薄型安装有严格要求的场合;采用无铁心的电枢结构,不存在齿槽转矩引起的转矩脉动,转子上不存在铁耗,可提高电机的效率;电枢绕组电感小,具有良好的换向性能。鉴于轴向磁场永磁有刷直流电机的优良性能,已被广泛应用在工业、办公自动化设备和家用电器等领域,如风扇、鼓风机、小型电动车辆、汽车空调器、机器人、计算机外围设备、电动工具等。轴向磁场永磁有刷直流电机可以做成电励磁电机。

1.2.1.2 轴向磁场永磁同步电机和轴向磁场永磁无刷直流电机

轴向磁场永磁同步电机和轴向磁场永磁无刷直流电机对应的径向磁场电机一样,它们的结构也是一样的,但它们的理论和运行原理不同,其主要差别在于工作电流的波形不同,如图1.5所示。无刷直流电机产生一个方波的反电动势,电流波形为方波,因此被称为方波电机。在交流永磁同步电机中产生的是正弦波反电动势,电流波形为正弦波,因此被称为正弦波电机,也被称为永磁同步电机。

图1.5 轴向磁场永磁同步电机和轴向磁场无刷直流电机的电流波形图

轴向磁场永磁同步电机结构种类较多,应用范围广泛,是本书研究的重点,并将在后面的章节中进行详细研究。

1.2.1.3 轴向磁场异步电机

轴向磁场异步电机只能做成电励磁电机,放置鼠笼绕组的叠片转子铁心是轴向磁场异步电机的制造难点。若鼠笼绕组用非磁性高电导率的铜或铝来代替,或者用覆盖铜层的钢盘来代替,则电机的性能会显著恶化。目前来说,对轴向磁场异步电机开发的价值不大。 /5tvQyv+FOUFs5tdcOkjqzJT2sLNa9tww8J+ow25d+zlhiVHy0+Hu9DAOeMyKUcV

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