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1、盘式永磁电机综述,姓名 高翔 学号 1420300004,1盘式永磁电机的发展背景 2国内盘式永磁电机 3国外盘式永磁电机 4盘式永磁电机的主要特点 5盘式永磁电机的应用 6盘式永磁电机的结构 7盘式永磁电机的发展前景,目录,盘式永磁电机的发展背景,1821 年，法拉第发明了世上第一台电机，即轴向磁场永磁电 机的雏形。受当时材料和工艺水平限制，AFPM 电机未能得到 进一步发展。在圆柱式盘式电机应用过程中，人们逐渐发现其 存在冷却困难及铁心利用率低等弱点，因而20世纪40年代起 AFPM电机重新回归业界视野并得到重视。目前，国外已开发 了各种不同结构的AFPM电机，即从较早期的AFPM有刷直流
2、电 动机到较近期出现的AFPM无刷直流电动机和AFPM同步电动机 等。其应用范围在逐渐扩大，功率等级从数瓦级至近兆瓦级。,20 世纪80 年代以来，随着功率电子器件、电子控制技术 的进步及高磁能积稀土永磁材料的出现，给电机带来了“革 命”。永磁材料的采用，使电机的拓扑有了多样的变化。在众 多类型的永磁电机中，盘式永磁(AFPM)电机是值得注意的 一种。与传统的圆柱形电机的径向磁场不同，AFPM电机气 隙为平面型，气隙磁场为轴向式，轴向尺寸短，比转矩大， 还可以制成多盘结构，特别适合用于轴向空间受限制，或需 低速和大转矩性能以实现直接传动的应用场合，如电动车辆、 风力发电、伺服驱动、升降机驱动、
3、机器人及一些工业设备。 AFPM电机将会在许多领域得到应用并在这些领域引起技术 革新。,盘式永磁电机的发展背景,国内盘式永磁电机,我国盘式永磁电机的开发主要是小功率有刷永磁电机， 现已形成规模生产，而盘式永磁无刷电机的开发工作仍处于 起步阶段。目前，国内已有数家企业生产盘式永磁无刷电 机，但规模还较小，产品种类也不多，多为无铁心型。有槽 铁心的生产需要特殊的装备，国内目前只有少数几家生产盘 式感应电机的厂家有这种设备，且只能绕制直径不大的铁心。 采用无铁心方式能避免此种限制，可生产出较大直径的定子 盘。如苏州市三禾机电有限公司生产的直驱盘式永磁风力发 电机，即为外转子、无铁心式。该电机具有启动
4、转矩低、额 定转速低、效率高等特点，功率为105 000 W，额定转速 60200 r/min，启动风速小于1 m/s，特别适合于垂直轴风力 发电机组，其5 kW盘式永磁电机的定子盘直径已达到765 mm。,5 kW盘式永磁电机的主要技术参数,国外开发了一些中大功率AFPM电机，形成了系 列化商品并成功地运用于各个领域。美国Kaman Aerospace 公司开发的PA系列大型盘式永磁无刷电 机采用内转子、铁心开槽结构，主要用于石油钻井、 船舶、车辆及国防应用领域。由于其结构紧凑、重 量轻、效率和可靠性高，特别适合于可移动钻井平 台使用。表示出其PA44系列产品主要技术参数。加 拿大Tesco
5、公司生产的ECI顶驱钻井系统（图）就采 用PA44 系列盘式永磁电动机，取代了传统的感应 电动机或有刷直流电动机。,国外盘式永磁电机,与普通圆柱式永磁电机相比，AFPM电机有以下特点： （1）直径与长度之比较大，电机较扁； （2）气隙为平面型且可调节； （3）比功率较高，铁心用材较少； （4）盘式拓扑有利于模块化设计； （5）铁心直径较大，可采用较多极数，电机适合高频或低速运用。 因而，盘式电机更适合用于伺服、牵引、分布式发电及特殊应用场合。,盘式永磁电机的主要特点,盘式永磁电机的优点是转矩密度高，由此带来的关键技术之一是冷却系统的合理设计和电机温度场分布，需要进行三维流场-温度场耦合分析。
6、电机的温度场分布取决于冷却介质和损耗的分布，为了能够获得电机温度的准确分布，需要建立永磁电机磁场电路流场温度场的耦合计算模型，在产品开发阶段完成热性能分析，从而降低试验成本，缩短设计周期。,盘式永磁电机的主要特点,盘式永磁电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，可以 使电机制成扁平型，可获得很高的转矩密度。如制成多气隙组 合式结构，可以进一步提高转矩，特别适合于大转矩直接驱动 装置。电机的温度场分布取决于冷却介质和损耗的分布，为了 能够获得电机温度的准确分布，需要建立永磁电机磁场电路 流场温度场的耦合计算模型，在产品开发阶段完成热性能 分析，从而降低试验成本，缩短设计周期。,盘式永磁电机的主要
7、特点,磁场分布,磁场电路耦合计算,电流波形,流速分布,转子的温度场分布,电机整机的温度场分布,180kW盘式永磁电机,其转矩密度达8.5kN/m2，为传统电机的2倍左右。,盘式永磁电机由于其自身的特点，在一些空间受限制、 要求低速直驱的场合将得到优先使用，在牵引、分布式电源、 伺服、军工等领域有其竞争的空间。盘式永磁电机的研究和 应用在国外已有几十年的历史，而我国在这方面尚处于起步 阶段。因此，我国可考虑先开发功率较小的盘式永磁发电 机，用于汽车发电机、风力发电、应急发电机组等方面；在 此基础上，开发盘式永磁无刷电动机和发电机，不仅可用于 电动车辆，也可派生用于其他领域，如节能型风机、压缩机
8、等驱动。盘式永磁无刷电机还可以向大功率、高转速方向发 展，以便用于更多领域。,盘式永磁电机的应用,根据气隙结构，AFPM电机可分为单气隙 式、双气隙式或多气隙式。根据定子和转子 的相对位置，双气隙式AFPM电机还可采用内 转子式（即中间为转子）或外转子式（即中 间为定子）等多种结构。,盘式永磁电机的结构,盘式永磁电机结构,a) 单边,b) 外转子,c) 内转子,d) 多盘,单气隙型,双气隙型,国外在盘式永磁电机研究上，一方面致力于改 进电机性能，如减轻重量、减少损耗、增加功率 密度；另一方面，致力于容易制造和批量生产。 由此，不断探索电机的有效部分及结构部分采用 非传统材料的可能性。在铁心方面，采用非传统 铁磁材料，如软磁复合物（SMC）、非结晶磁性 材料（AMM）、晶体定向电工钢等。,盘式永磁电机的发展前景,谢 谢 !,
