1、 1盤式永磁電機的發展背景 2國內盤式永磁電機 3國外盤式永磁電機 4盤式永磁電機的主要特點 5盤式永磁電機的應用 6盤式永磁電機的結構 7盤式永磁電機的發展前景目錄第1頁/共22頁盤式永磁電機的發展背景 1821 年，法拉第發明了世上第一臺電機，即軸向磁場永磁電 機的雛形。受當時材料和工藝水平限制，AFPM 電機未能得到 進一步發展。在圓柱式盤式電機應用過程中，人們逐漸發現其 存在冷卻困難及鐵心利用率低等弱點，因而20世紀40年代起 AFPM電機重新回歸業界視野并得到重視。目前，國外已開發 了各種不同結構的AFPM電機，即從較早期的AFPM有刷直流電 動機到較近期出現的AFPM無刷直流電動機

2、和AFPM同步電動機 等。其應用范圍在逐漸擴大，功率等級從數瓦級至近兆瓦級。第2頁/共22頁 20 世紀80 年代以來，隨著功率電子器件、電子控制技術 的進步及高磁能積稀土永磁材料的出現，給電機帶來了“革 命”。永磁材料的采用，使電機的拓撲有了多樣的變化。在眾 多類型的永磁電機中，盤式永磁(AFPM)電機是值得注意的 一種。與傳統的圓柱形電機的徑向磁場不同，AFPM電機氣 隙為平面型，氣隙磁場為軸向式，軸向尺寸短，比轉矩大， 還可以制成多盤結構，特別適合用于軸向空間受限制，或需 低速和大轉矩性能以實現直接傳動的應用場合，如電動車輛、 風力發電、伺服驅動、升降機驅動、機器人及一些工業設備。 AF

3、PM電機將會在許多領域得到應用并在這些領域引起技術 革新。盤式永磁電機的發展背景第3頁/共22頁國內盤式永磁電機 我國盤式永磁電機的開發主要是小功率有刷永磁電機， 現已形成規模生產，而盤式永磁無刷電機的開發工作仍處于 起步階段。目前，國內已有數家企業生產盤式永磁無刷電 機，但規模還較小，產品種類也不多，多為無鐵心型。有槽 鐵心的生產需要特殊的裝備，國內目前只有少數幾家生產盤 式感應電機的廠家有這種設備，且只能繞制直徑不大的鐵心。 采用無鐵心方式能避免此種限制，可生產出較大直徑的定子 盤。如蘇州市三禾機電有限公司生產的直驅盤式永磁風力發 電機，即為外轉子、無鐵心式。該電機具有啟動轉矩低、額 定轉

4、速低、效率高等特點，功率為105 000 W，額定轉速 60200 r/min，啟動風速小于1 m/s，特別適合于垂直軸風力 發電機組，其5 kW盤式永磁電機的定子盤直徑已達到765 mm。第4頁/共22頁5 kW盤式永磁電機的主要技術參數第5頁/共22頁 國外開發了一些中大功率AFPM電機，形成了系 列化商品并成功地運用于各個領域。美國Kaman Aerospace 公司開發的PA系列大型盤式永磁無刷電 機采用內轉子、鐵心開槽結構，主要用于石油鉆井、 船舶、車輛及國防應用領域。由于其結構緊湊、重 量輕、效率和可靠性高，特別適合于可移動鉆井平 臺使用。表示出其PA44系列產品主要技術參數。加

5、拿大Tesco公司生產的ECI頂驅鉆井系統（圖）就采 用PA44 系列盤式永磁電動機，取代了傳統的感應 電動機或有刷直流電動機。國外盤式永磁電機第6頁/共22頁第7頁/共22頁第8頁/共22頁 與普通圓柱式永磁電機相比，AFPM電機有以下特點：（1）直徑與長度之比較大，電機較扁；（2）氣隙為平面型且可調節；（3）比功率較高，鐵心用材較少；（4）盤式拓撲有利于模塊化設計；（5）鐵心直徑較大，可采用較多極數，電機適合高頻或低速運用。 因而，盤式電機更適合用于伺服、牽引、分布式發電及特殊應用場合。盤式永磁電機的主要特點第9頁/共22頁 盤式永磁電機的優點是轉矩密度高，由此帶來的關鍵技術之一是冷卻系統

6、的合理設計和電機溫度場分布，需要進行三維流場-溫度場耦合分析。 電機的溫度場分布取決于冷卻介質和損耗的分布，為了能夠獲得電機溫度的準確分布，需要建立永磁電機磁場電路流場溫度場的耦合計算模型，在產品開發階段完成熱性能分析，從而降低試驗成本，縮短設計周期。盤式永磁電機的主要特點第10頁/共22頁 盤式永磁電機的氣隙是平面型的，氣隙磁場是軸向的，可以使電機制成扁平型，可獲得很高的轉矩密度。如制成多氣隙組合式結構，可以進一步提高轉矩，特別適合于大轉矩直接驅動裝置。電機的溫度場分布取決于冷卻介質和損耗的分布，為了能夠獲得電機溫度的準確分布，需要建立永磁電機磁場電路流場溫度場的耦合計算模型，在產品開發階段

7、完成熱性能分析，從而降低試驗成本，縮短設計周期。 盤式永磁電機的主要特點第11頁/共22頁磁場分布 磁場電路耦合計算 電流波形 第12頁/共22頁流速分布轉子的溫度場分布電機整機的溫度場分布第13頁/共22頁180kW盤式永磁電機 其轉矩密度達8.5kN/m2，為傳統電機的2倍左右。 第14頁/共22頁 盤式永磁電機由于其自身的特點，在一些空間受限制、 要求低速直驅的場合將得到優先使用，在牽引、分布式電源、 伺服、軍工等領域有其競爭的空間。盤式永磁電機的研究和 應用在國外已有幾十年的歷史，而我國在這方面尚處于起步 階段。因此，我國可考慮先開發功率較小的盤式永磁發電 機，用于汽車發電機、風力發電

8、、應急發電機組等方面；在 此基礎上，開發盤式永磁無刷電動機和發電機，不僅可用于 電動車輛，也可派生用于其他領域，如節能型風機、壓縮機 等驅動。盤式永磁無刷電機還可以向大功率、高轉速方向發 展，以便用于更多領域。盤式永磁電機的應用第15頁/共22頁 根據氣隙結構，AFPM電機可分為單氣隙 式、雙氣隙式或多氣隙式。根據定子和轉子 的相對位置，雙氣隙式AFPM電機還可采用內 轉子式（即中間為轉子）或外轉子式（即中 間為定子）等多種結構。盤式永磁電機的結構第16頁/共22頁 盤式永磁電機結構a) 單邊b) 外轉子c) 內轉子d) 多盤第17頁/共22頁單氣隙型第18頁/共22頁雙氣隙型第19頁/共22頁 國外在盤式永磁電機研究上，一方面致力于改 進電機性能，如減輕重量、減少損耗、增加功率 密度；另一方面，致力于容易制造和批量生產。 由此，不