其他部分隔离，使电机工作更可靠。此外，从噪声与振动角度上讲，单相多极结
构的使用也将在很大程度上消除多相电机因径向磁吸引力所造成的主要噪声与
振动源。这是因为单相电机在运行时，只形成均匀、同向的径向磁吸力，且定子
壳体受力压缩、膨胀均匀。
　　采用模块化组合的优点还在于可以使电机系统根据安装和电气性能要求在
同一舱位内由多个模块构成一相，或由多个单相模块构成三相、四相或更多的相
数以减少转矩脉动。由于转子中并不存在安置绕组所需的槽，所以转子磁极高度
的选择可以根据电机的形式、磁路饱和与体积的限制进行选取。
　　

2. 2 电机的极数选择优化设计本文在设计过程中对定子内径冲片内径取 116 

mm，极数分别为 8、10、12、14、15、16 时采用三维有限元方法和解析计算方法对
其对齐与不对齐位置的磁链

2 电流曲线按相电流取值逐点进行了计算。两种计算

方法结果基本相符，证明了本文所提解析计算方法的正确性。而当极数发生变化
时，有限元计算所得电机的最大电感位置磁链值基本不变，说明了对齐位置忽
略磁极表面漏磁假设进行解析计算的正确性。不同极数时磁化曲线及相应的四相
电机平均电磁转矩曲线如所示。
　　可知，在气隙直径取

116 mm 并综合考虑极数增加对机械、结构设计、工艺

及安装等可能带来的影响，电机取

15 极时能够获得较为理想的平均转矩。此外，

设计样机的开关频率和铁心损耗也是考虑的因素。本文取

15 极为例，当转速为

200 r/min 时，电机的开关频率为 50 Hz.
　　

2. 3 磁极结构尺寸磁极尺寸基本设计原则是：应保证铁心出现最大磁通密

度时不会过饱和。在横向磁场电机中，由于磁极流过的磁通将全部通过轭部，因
此轭高

h c 取较大值较为合适。较大的 h c 还有利于抑制电机的振动和噪声，但

会增加电机的外径、体积和重量。定、转子磁极极靴长度的选择应结合定、转子磁
极高度与定子槽型尺寸间的关系综合考虑。磁极高度同时受电机铁心内外径尺寸
的选取与定子绕组槽型窗口面积的限制；磁极极靴长度同样受制于定子绕组槽
型窗口面积与铁心长度。在铁心长度、气隙圆直径确定的情况下，可采用以轴向
长度与极距比率系数最大为目标进行优化设计。
　　

3 电机设计参数及性能对比 3. 1 电机参数设计样机气隙直径和铁心轴向长度

的选取参考了

Y 系列 7. 5 kW 异步电动机 132S224.主要参数如所示。

　　

3. 2 性能对比当两条磁化曲线所包围的磁共能的面积大于额定电磁转矩所

需要的取值时，横坐标对应的电流值即是理想方波电流的幅值，即额定电流值。
利用样条插值模拟数据点的方法构成最大和最小电感磁化曲线的样条函数，并
用对样条函数求积分的方法计算出满足所需磁共能的方波电流幅值。
　　设计样机与相应气隙圆直径异步电动机转矩密度对比结果如所示。设计样机
的相电流额定值由上至下分别为

11 A、15 A 和 19. 8 A，即相应 Y 系列异步电机

的额定电流值。采用电机的电磁材料体积来表征电机产生转矩的材料尺寸。考虑
到采用外转子形式后，电机在外尺寸上的显著变化，这里仍采用气隙圆轴向作
为参考截面进行考量。
　　不难看出，横向磁场电机的单位有效材料体积转矩密度高于相应的异步电
机，且产生相同的转矩时所需的铜损耗和铁磁材料体积要小。由于铜损耗和铁磁
材料体积直接反应为电机的散热情况和运行效率，因此电机在转矩密度上的对
比虽不十分严谨，但能够反映出设计构想。