介紹

電機(jī)可分為兩類——徑向磁通電機(jī)和軸向磁通電機(jī)。徑向通量機(jī)器更常見并且使用時(shí)間很長(zhǎng)。盡管軸向磁通機(jī)器并不是那么新，但它們的使用僅在過去的二十年中才有所增加。它們的名稱所暗示的區(qū)別在于，在軸向通量中，磁通量方向平行于機(jī)器旋轉(zhuǎn)軸，而在徑向通量機(jī)器中，磁通量方向是徑向的。

為什么軸向通量機(jī)器被認(rèn)為優(yōu)于徑向通量機(jī)器？

在徑向電機(jī)中，磁通路徑比軸向電機(jī)長(zhǎng)得多，因?yàn)樗鼜囊粋€(gè)轉(zhuǎn)子磁極到達(dá)定子的第一個(gè)齒，然后通過定子護(hù)鐵到達(dá)第二個(gè)齒，直到再次到達(dá)另一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極。與徑向機(jī)器相反，軸向磁通機(jī)器具有更短且直接的磁通路徑。它通過氣隙直接從一個(gè)極點(diǎn)到達(dá)另一個(gè)極點(diǎn)。磁場(chǎng)沿較短的路徑保持強(qiáng)，這有助于提高機(jī)器的效率和功率密度。

在圖 4 中，由 EMWorks2D 創(chuàng)建的 2D 模擬顯示了兩臺(tái)機(jī)器中的磁通量路徑和方向。

在徑向機(jī)器中，通量具有二維路徑。因此，這些機(jī)器類型不能使用晶粒取向鋼。而在軸向機(jī)器中，磁通路徑是單向的，這允許使用晶粒取向鋼。由于這種鋼的磁導(dǎo)率較高，軸向磁通電機(jī)的鐵損可以降低，效率可以提高 2%。

軸向磁通電機(jī)在繞組方面與徑向電機(jī)相比具有重要優(yōu)勢(shì)。它具有更高的有源繞組銅和更少的懸垂，這意味著增加匝數(shù)的能力更強(qiáng)，并且由末端效應(yīng)引起的熱量更少。此外，繞組可以與良好的熱導(dǎo)體鋁接觸。這意味著更簡(jiǎn)單的冷卻系統(tǒng)。徑向電機(jī)中的熱量應(yīng)通過導(dǎo)熱率低的鋼制成的定子芯排出。

使用 EMS 模擬的徑向和軸向通量發(fā)生器的兩個(gè)示例之間的比較

為了幫助我們了解徑向磁通機(jī)器和軸向磁通機(jī)器之間的這種差異，我們使用 SOLIDWORKS 的 EMS 來研究這兩種機(jī)器。第一臺(tái)機(jī)器是2004款豐田普銳斯（混合動(dòng)力車）中使用的徑向內(nèi)部永磁同步電機(jī)（圖9），第二臺(tái)是24極雙面轉(zhuǎn)子軸向磁通發(fā)電機(jī)（圖10）。

兩個(gè)生成器模型均在 SOLIDWORKS 內(nèi)無縫構(gòu)建，并使用與 SOLIDWORKS 運(yùn)動(dòng)耦合的 EMS 執(zhí)行模擬。兩種電機(jī)的空載電壓結(jié)果如圖 11 所示。徑向永磁電機(jī)產(chǎn)生 80V 的輸出電壓，而軸向磁通電機(jī)提供 86V 的輸出電壓。軸向磁通電機(jī)以更少的材料和更緊湊的結(jié)構(gòu)提供更高的輸出功率。

圖 9 -徑向內(nèi)部永磁同步電機(jī)

圖 10 - 軸向磁通永磁電機(jī)

圖 11 -徑向和軸向磁通機(jī)器之間的數(shù)據(jù)比較