第1章 緒論

1.1 電機(jī)的定義及分類

眾所周知，電機(jī)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，包括電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。電機(jī)內(nèi)的氣隙磁場(chǎng)是電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介。電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式有兩種，一種是由電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，即將電機(jī)繞組纏繞在鐵磁材料做成的鐵心上，在電機(jī)繞組內(nèi)通以電流來產(chǎn)生磁場(chǎng)；另一種是由永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，它不需要?jiǎng)?lì)磁繞組，因此也不需要供給勵(lì)磁繞組電流，電機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡單，電機(jī)的效率提高了。根據(jù)磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式，電機(jī)可分為電勵(lì)磁電機(jī)和永磁電機(jī)兩種。根據(jù)電機(jī)內(nèi)磁力線通過氣隙的路徑，電機(jī)又可分為徑向磁場(chǎng)電機(jī)、軸向磁場(chǎng)電機(jī)和橫向磁場(chǎng)電機(jī)。

1.1.1 徑向磁場(chǎng)電機(jī)

顧名思義，在徑向磁場(chǎng)電機(jī)中，磁場(chǎng)是沿徑向通過氣隙的，氣隙呈圓柱形，定子和轉(zhuǎn)子是沿徑向同心式安裝的，電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子均為圓柱形的，如傳統(tǒng)的直流電機(jī)、異步電機(jī)和同步電機(jī)就是徑向磁場(chǎng)電機(jī)。徑向磁場(chǎng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和磁路示意圖如圖1.1所示。若轉(zhuǎn)子安裝在定子的內(nèi)部，則稱為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，若轉(zhuǎn)子安裝在定子的外部，則稱為外轉(zhuǎn)子電機(jī)。外轉(zhuǎn)子電機(jī)的定子被轉(zhuǎn)子包圍在里面，散熱性能不好，但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。一般情況下，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)使用比較多，只有在比較特殊的場(chǎng)合下才使用外轉(zhuǎn)子電機(jī)，如用外轉(zhuǎn)子電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)皮帶來運(yùn)輸物體，輪轂電機(jī)一般采用外轉(zhuǎn)子電機(jī)，轉(zhuǎn)子直接安裝在輪胎里面。徑向磁場(chǎng)電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)是二維的，磁路比較簡單。在硅鋼片疊片鐵心的電機(jī)中，平面磁路可以獲得良好的磁性能，但也限制了設(shè)計(jì)的多樣性。由于定子、轉(zhuǎn)子鐵心采用硅鋼片軸向疊壓，制造簡單，因此目前徑向磁場(chǎng)電機(jī)獲得了廣泛的應(yīng)用。

1.1.2 軸向磁場(chǎng)電機(jī)

軸向磁場(chǎng)電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同于徑向磁場(chǎng)電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其磁力線是沿軸向通過氣隙的，氣隙呈平面型，定子與轉(zhuǎn)子沿軸向交替排列而成，電機(jī)的磁路是三維的，給轉(zhuǎn)子磁路的設(shè)計(jì)帶來了很大的靈活性。由于氣隙磁場(chǎng)沿軸向分布，電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子均為圓盤形的，因此軸向磁場(chǎng)電機(jī)又被稱為盤式電機(jī)。

軸向磁場(chǎng)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)，構(gòu)成單定子單轉(zhuǎn)子盤式、中間定子盤式、中間轉(zhuǎn)子盤式，以及多定子多轉(zhuǎn)子盤式電機(jī)。軸向磁場(chǎng)電機(jī)的最小盤數(shù)為2，但是為了使電機(jī)結(jié)構(gòu)更具對(duì)稱性，以消除盤與盤之間的磁拉力，并且為了得到更大的氣隙面積以增加輸出，一般都使用三個(gè)盤或三個(gè)以上的盤。圖1.2所示為軸向磁場(chǎng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

1.1.3 橫向磁場(chǎng)電機(jī)

橫向磁場(chǎng)電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與徑向磁場(chǎng)電機(jī)和軸向磁場(chǎng)電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均不相同，它的整個(gè)定子鐵心由多個(gè)C形定子鐵心繞電機(jī)轉(zhuǎn)軸沿周向排列組成，轉(zhuǎn)子呈圓盤形，轉(zhuǎn)子外圓周上均勻分布著N、S極性交替排列的永磁體。轉(zhuǎn)子上安裝的永磁體位于C形定子鐵心的缺口中。永磁體之間有間隙，永磁體磁通方向與電機(jī)轉(zhuǎn)軸平行，磁力線軸向通過氣隙，因此，橫向磁場(chǎng)電機(jī)屬于軸向磁場(chǎng)電機(jī)的范疇。橫向磁場(chǎng)電機(jī)磁路和電路（線圈部分）不在同一平面上，實(shí)現(xiàn)了電路與磁路的解耦。橫向磁場(chǎng)電機(jī)的磁路與軸向磁場(chǎng)電機(jī)的磁路一樣，也是三維的，橫向磁場(chǎng)電機(jī)有許多部件，工藝比較復(fù)雜，成本較高，控制比較困難。圖1.3所示為橫向磁場(chǎng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。