前言

電機是依據電磁感應定律實現能量轉換或傳遞的一種電磁裝置，電機內的氣隙磁場是電機進行機電能量轉換的媒介。根據電機內磁力線通過氣隙的路徑，可以將電機分為徑向磁場電機、軸向磁場電機和橫向磁場電機。

世界上第一臺電機就是軸向磁場永磁電機（也稱為盤式電機），它是法拉第于1821年發明的，但受當時永磁材料的性能和生產工藝水平的限制，軸向磁場永磁電機未能得到進一步發展。國內目前還是以徑向磁場永磁電機為主，它們大多呈長筒形，直徑較小，軸向尺寸很大，散熱困難。徑向磁場永磁電機轉子內部鐵心利用率低，內轉子齒根部的磁路容易飽和，所以無法進一步提高電機的轉矩密度。而軸向磁場永磁電機呈圓盤式結構，加大了氣隙磁場的作用面積，使得電機的功率和轉矩密度更高，它們直徑大、軸向尺寸小，散熱容易，且容易實現低速直驅，無容易出故障的齒輪箱，可提高系統的效率。近年來，軸向磁場永磁電機重新受到了人們的重視，在發電、新能源汽車、機器人驅動、直驅電梯電機、電磁彈射系統、船舶驅動等領域都有很好的應用前景。

軸向磁場永磁電機的主要缺點和限制與電機的磁路結構有關。軸向磁場永磁電機的定子鐵心通過將硅鋼片沿周向卷繞而成，制造比較困難，使用范圍受到了限制。隨著科學技術的進步、軟磁復合材料（SMC）等新材料的出現和性能的改進，越來越多的研究人員在不同應用領域對軸向磁場永磁電機的定子鐵心進行了深入的研究與開發，目前采用軟磁組合材料（SMC）或Si-SMC組合形成的鐵心代替鋼片鐵心可為上述難題提供一個有效的解決辦法。

為快速推廣軸向磁場無刷同步電機的應用，特將湖南工程學院特種電機研究團隊十多年從事軸向磁場電機研發的科研成果進行整理和總結。期望本書的出版能對我國軸向磁場無刷同步電機的進一步發展做出貢獻。

本書共9章，主要針對軸向磁場無刷同步電機進行研究。第1章介紹了軸向磁場電機的種類、特點、研究現狀和新材料在軸向磁場電機中的應用。第2章介紹了軸向磁場永磁同步電機的運行原理，包括軸向磁場永磁同步電機的磁路、電磁轉矩和感應電動勢、電樞反應，材料性能和磁路工作點的計算等，并對軸向磁場電機和徑向磁場電機的功率密度進行了比較。第3章主要對用作伺服電動機的雙定子單轉子軸向磁場永磁同步伺服電動機進行了設計，對表貼式和嵌入式軸向磁場永磁同步伺服電動機進行了對比研究，最后針對電樞制造困難的問題提出了三種電樞鐵心的制造方法。第4章闡述了單定子雙轉子軸向磁場永磁同步發電機的結構和電磁關系，基于Microsoft Excel軟件對8kW單定子雙轉子軸向磁場永磁同步發電機進行了電磁設計與有限元仿真驗證，最后介紹了非晶單定子雙轉子軸向磁場永磁同步發電機的制造，以及無軛定子鐵心和無鐵心繞組的制造。第5章提出了一種直驅輪式軸向磁場永磁風力發電機，對發電機的主要部件進行了設計與仿真分析，用Ansys Workbench軟件對電機的主軸結構和轉子盤體的受力情況進行了仿真分析。第6章針對永磁磁場難以調節的問題提出了一種新型軸向磁場混合勵磁無刷同步電機。第7章提出了一種基于軸向磁場交流勵磁機的無刷同步發電機，并與傳統徑向磁場交流勵磁機進行了對比，證明了該電機的優越性。第8章結合軸向磁場永磁同步電機的結構特點，對軸向磁場永磁同步電機的齒槽轉矩進行了分析，最后基于田口算法對齒槽轉矩進行了優化。第9章介紹了軸向磁場永磁無刷電機的應用。

為了便于讀者對照學習，本書采用的Maxwell有限元仿真軟件繪制的結構圖和仿真圖均為原圖，未進行處理，特此聲明。

湖南工程學院鄧秋玲教授負責撰寫本書，湖南工程學院研究生陳可、謝吉堂、肖意南、向全所、艾文豪、廖宇琦、朱明浩對本書的研究成果做出了重要貢獻。本書相關的基礎研究工作得到了湖南工程學院“電氣工程及其自動化國家級一流本科專業建設點”和“湖南省應用特色學科”的資助，得到了佛山市南海區“藍海人才計劃”創新創業團隊“新型軸向磁場電機研制及產業化”項目的資助。本書在撰寫過程中得到了湖南工程學院電氣與信息工程學院萬琴院長、多多島科技有限公司和湘電萊特股份有限公司的大力支持，在此一并表示感謝。

由于作者的水平有限，書中難免存在不足或不當之處，懇請廣大讀者批評指正。