【導(dǎo)讀】市場(chǎng)上大多數(shù)交流電機(jī)都是采用徑向間隙設(shè)計(jì)，對(duì)于軸向磁通電機(jī)，磁鐵位于遠(yuǎn)離中心軸的位置，中心軸上可以設(shè)計(jì)成一個(gè)更大的輸出軸，這種利用了軸向間隙設(shè)計(jì)通常會(huì)帶來(lái)幾個(gè)額外百分比的效率。軸向磁通電機(jī)有兩個(gè)轉(zhuǎn)子，定子每一側(cè)各一個(gè)，轉(zhuǎn)子具有與電機(jī)尺寸相當(dāng)?shù)拇蟊砻娣e。
與徑向間隙電機(jī)一樣，軸向間隙或軸向磁通單元有多種設(shè)計(jì)，有帶和不帶開(kāi)關(guān)磁鐵、有小氣隙和大氣隙、有不同類型和形狀的磁鐵以及不同的磁極形狀和結(jié)構(gòu)。
軸向磁通電機(jī)的共同點(diǎn)是磁力線方向平行于旋轉(zhuǎn)軸，此類設(shè)計(jì)已用于油田設(shè)備、真空處理設(shè)備和衛(wèi)星測(cè)試。這類電機(jī)沒(méi)有開(kāi)關(guān)磁鐵的裝置，具有更高的電氣效率。其建模能非常準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)性能，大大縮短了交貨和制造時(shí)間，在某些情況下薄餅形狀系數(shù)很有用，易于中空設(shè)計(jì)，大半徑轉(zhuǎn)子提供了低速、高扭矩直接驅(qū)動(dòng)的良好性能。
軸向磁通電機(jī)的設(shè)計(jì)
電磁：軸向電機(jī)在電磁意義上具有更高效的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，徑向磁通電機(jī)的磁通量移動(dòng)通過(guò)第一個(gè)齒，然后通過(guò)定子返回到下一個(gè)齒到達(dá)磁鐵。相比之下，軸向磁通機(jī)器的磁通路徑更短，從第一個(gè)磁體，通過(guò)一個(gè)磁芯，然后直線到達(dá)另一個(gè)磁體上。
繞組：徑向磁通電機(jī)的大部分繞組（多達(dá) 50%）未激活（位于定子齒外部的部分僅用于形成回路（所謂的“線圈懸垂”）。線圈懸垂是由額外的電阻（ 散熱）引起的，沒(méi)有任何功能，這就是所說(shuō)的“分布式繞組”，與沒(méi)有線圈的軸向通量電機(jī)相比，徑向磁通電機(jī)的整體功率/重量比要差得多，軸向通量電機(jī)使用“集中繞組”，繞組100%有效。
冷卻：徑向通量電機(jī)的熱量傳遞必須通過(guò)定子傳輸?shù)诫姍C(jī)外部，鋼不是很好的熱導(dǎo)體， “線圈懸垂”很難冷卻，它不直接與電機(jī)外殼接觸。軸向磁通電機(jī)的繞組直接與外部鋁制外殼接觸，冷卻效果極佳，鋁的導(dǎo)熱性非常好。因此，軸向磁通電機(jī)的繞組保持較高的冷卻效果，而銅的電阻保持較低，這再會(huì)產(chǎn)生更高的效率。
較大半徑的轉(zhuǎn)子：相同外形尺寸的軸向電機(jī)將磁鐵放置在更大的半徑上，從而產(chǎn)生高扭矩、更高慣量的電機(jī)，為低速、高扭矩類型的應(yīng)用帶來(lái)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于給定的 RPM，較大的轉(zhuǎn)子的直徑增加了磁鐵的旋轉(zhuǎn)速度，增加了扭矩。
其效果類似于將齒輪箱添加到較小直徑的徑向間隙電機(jī)，消除了齒輪裝置的成本、磨損和效率損失。軸向間隙設(shè)計(jì)作為某些風(fēng)力電機(jī)和其他低速可再生能源項(xiàng)目的直接驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)。大慣性可用作油井泵等領(lǐng)域中的飛輪，飛輪的能量有助于提升上行沖程的負(fù)載，在下行沖程中，能量被回收。與齒輪交流電機(jī)相比，該電機(jī)與適當(dāng)?shù)碾娮涌刂蒲b置相結(jié)合，可顯著降低泵的功耗。
軸向間隙電機(jī)設(shè)計(jì)
軸向間隙設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是磁電路中沒(méi)有鐵，消除電路中的鐵損可提高效率，效率通?？商岣?10% 至 15%。當(dāng)電機(jī)斷電時(shí)沒(méi)有制動(dòng)扭矩，在特殊情況允許電機(jī)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵通常由墊片支撐，不會(huì)對(duì)軸承施加大載荷。磁體面之間的氣隙會(huì)產(chǎn)生一條曲線，隨著間隙的增加，磁通量顯著降低，隨著線圈板變薄，電機(jī)的輸出增加。當(dāng)設(shè)計(jì)涉及到線圈板時(shí)，這會(huì)給電機(jī)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了散熱和機(jī)械應(yīng)力的挑戰(zhàn)。
軸向磁通電機(jī)另外一種設(shè)計(jì)是將鐵基插入磁路中，鐵增加了電機(jī)的扭矩，以鐵的能量損失為代價(jià)，這種設(shè)計(jì)通常會(huì)產(chǎn)生 1.5 到 1.7 倍的扭矩。如果沒(méi)有鐵環(huán)，在反向驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)會(huì)有磁損耗，結(jié)構(gòu)必須支持較大的磁力力以及較低的最高速度，繞組電感和反電動(dòng)勢(shì)會(huì)更高。
鐵環(huán)的另一種設(shè)計(jì)是帶槽口的環(huán)，繞組放置在凹口中的位置，使鐵非?？拷盆F，從而允許機(jī)械加工氣隙，類似于徑向間隙電機(jī)中的氣隙。這種電機(jī)設(shè)計(jì)的扭矩大大增加，齒槽扭矩大得多，制動(dòng)扭矩顯著，鐵損更大，磁力異常大，降低了整體能效，對(duì)于需要以最小封裝尺寸輸出高扭矩的應(yīng)用，這種設(shè)計(jì)方法還是有用的。
結(jié)論
隨著強(qiáng)大的稀土磁鐵的出現(xiàn)，較弱的磁鐵使電機(jī)設(shè)計(jì)變得不切實(shí)際，軸向間隙電機(jī)就是一個(gè)常見(jiàn)的例子。改進(jìn)的電子驅(qū)動(dòng)器能夠足夠靈活應(yīng)對(duì)電機(jī)方案的變化。外形因素也起作用，制造徑向間隙電機(jī)的成本有利于較小的直徑，傾向于香腸或雪茄形狀，而軸向間隙電機(jī)傾向于扁平煎餅式電機(jī)。對(duì)于某些系統(tǒng)，這種形狀因素具有優(yōu)勢(shì)，大直徑環(huán)形電機(jī)提供中空中心，為光學(xué)路徑、光束線和工業(yè)過(guò)程提供了優(yōu)勢(shì)，如電纜纏繞、光纖纏繞及其他需要圍繞物品360°旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)。
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