轴向磁场盘式永磁电机结构的优化设计

   【摘 要】 与传统永磁电机相比，轴向磁场盘式永磁电机具有无法比拟的优势。要保证电机
运行的效果及可靠性，则应先实现电机结构的优化设计。从电机的组成部分和设计要求出发，
全面、系统地对电机的结构进行优化设计，达到了较好的运行效果和经济效益，为类似电机
的优化设计提供了一些方法和经验。仅供同行参考。

 

　　【关键词】

 轴向 磁场 盘式 永磁电机 结构 优化 设计 

　　

1 轴向磁场盘式永磁电机的结构特点及优势 

　　传统永磁电机的结构是将电枢绕组按照一定的规律安装在铁芯槽中，由于电机运转时
齿槽效应使电磁转矩产生脉动，其转动惯性较大，动态响应速度较慢。而且传统永磁电机中
的铁芯必须使用优质硅钢片，并存在一定的铁损，尤其是电机在变频驱动高速运转时电机
铁损会显著增大，在很大程度上限制了电机在高速领域的推广应用。因此，优化设计后的轴
向磁场盘式永磁电机，实现了无铁芯化、轻型化，同时提高了电机的运行效率及可靠性，适
应不同转速的变化范围，能广泛应用在各种场合，尤其在对高速、安装空间有特殊要求的动
力装置上。

 

　　

1.1 结构简单、体积小、重量轻、维护方便 

　　众所周知，传统的永磁电机是以铁芯为中心，要实现对传统永磁电机的改进，最大限
度上要克服由于铁芯带来的各种限制。本设计对轴向磁场盘式永磁电机的结构进行优化，采
用轴向磁场永磁无铁芯结构：双转子与单定子形成了双气隙，高性能的磁钢安装在磁轭上
定子（电枢）由绕组与高导热封装材料注塑成型，完全不采用铁芯材料。该电机主要由外壳、
转子、定子、风扇及附件四大部分组成，无槽无刷，结构简单，维护起来非常方便，整机的
体积、重量不到传统永磁电机的二分之一。

 

　　

1.2 生产工艺流程简单、生产效率高 

　　该电机由于不采用铁芯材料，省去了复杂的剪板、冲齿、去刺、绝缘处理、叠片封装等繁
琐工序；定子绕组成型后采用高导热复合材料在高温高压下一次注塑封装完成，线圈密封
性好，省去了传统电机制造过程中的浸漆、烘干等工序。因此，生产流程简单，自动化程度
高，生产效率显著提高。

 

　　

1.3 适用性广，特别是对安装空间有苛刻要求的工业应用场所 

　　轴向磁场盘式永磁电机具有较小的体积和优良的性能，既能实现灵活的控制，具有较
好的动态性能，又能克服同功率条件下传统永磁电机对安装空间有苛刻要求的工业应用场
所的困难。

 

　　

2 结构优化设计及要点 

　　

2.1 外壳（如图 1） 

　　外壳主要起到转子的支撑、定子的固定散热和导磁作用。轴向磁场永磁电机的外壳为扁
平盘式形状，一般使用钢板进行压制，特殊需要也使用压铸铝铸造，便于为电机的运行提
供磁路。外壳的形状设计和材质选型很关键，既要保证定子接触面的有效散热面积，又要满
足力学强度要求，一般选用强度足够和导磁性能优异的材料加工成辐射形片状散热结构。设
计时，外壳的中心高与同功率等级传统电机尽可能保持一致，方便用户直接替代使用。

 

　　

2.2 转子 

　　转子由磁轭、磁钢、轴组成，双磁轭与单定子形成双气隙结构。高性能的磁钢安装在磁轭