1.2 軸向磁場電機的分類

由于軸向磁場電機獨特的定子盤、轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)，因此軸向磁場電機的結(jié)構(gòu)非常靈活，種類很多，分類方法也比較復雜。按照普通旋轉(zhuǎn)電機的分類方法，可以根據(jù)電機的工作原理分類，還可以根據(jù)電機的基本結(jié)構(gòu)分類。

1.2.1 按電機的工作原理分類

在工作原理上，每種徑向磁場電機都有其對應的軸向磁場電機。實際上，軸向磁場（Axial Flux, AF）電機的種類也是有限的。目前用到的AF電機主要有以下幾種。

（1）帶換向器的軸向磁場永磁（Axial Flux Permanent Magnet, AFPM）有刷直流電機。

（2）軸向磁場永磁同步電機和軸向磁場永磁無刷直流電機。

（3）軸向磁場異步電機。

1.2.1.1 帶換向器的軸向磁場永磁有刷直流電機

軸向磁場永磁有刷直流電機在20世紀70年代初就被研制出來了，與徑向磁場永磁有刷直流電機類似，帶換向器的軸向磁場永磁有刷直流電機可以使用永磁體來代替電機的電勵磁磁極。轉(zhuǎn)子（電樞）可以設(shè)計成繞線轉(zhuǎn)子或印刷繞組轉(zhuǎn)子。在繞線轉(zhuǎn)子電機中，電樞繞組由銅線繞制并用樹脂模壓而成。換向器類似于傳統(tǒng)直流電機的換向器，它可以為圓柱體的。

圖1.4所示為8極印刷繞組軸向磁場永磁有刷直流電機的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1.4（a）所示為永磁體定子，圖1.4（b）所示為電機截面圖，圖1.4（c）所示為轉(zhuǎn)子（電樞）繞組和電刷，圖1.4（d）所示為電樞印刷繞組。由圖1.4可見，永磁體放置在定子鐵心上，該電機轉(zhuǎn)子上無鐵磁鐵心，轉(zhuǎn)子繞組類似于傳統(tǒng)直流換向器電機的波繞組，線圈先由銅片壓印再焊接形成波繞組，電樞采用印刷電路板的形式制成，因此被稱為印刷繞組電機。需要指出的是，軸向磁場永磁直流電機是有刷電機。這種電機的氣隙比較大，需要的永磁體用量比較大，因此可采用價格低廉的鋁鎳鈷永磁材料。鋁鎳鈷永磁材料有高的剩磁密度，但矯頑力不大。

軸向磁場永磁有刷直流電機有許多優(yōu)點：軸向尺寸短，可適用于對薄型安裝有嚴格要求的場合；采用無鐵心的電樞結(jié)構(gòu)，不存在齒槽轉(zhuǎn)矩引起的轉(zhuǎn)矩脈動，轉(zhuǎn)子上不存在鐵耗，可提高電機的效率；電樞繞組電感小，具有良好的換向性能。鑒于軸向磁場永磁有刷直流電機的優(yōu)良性能，已被廣泛應用在工業(yè)、辦公自動化設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域，如風扇、鼓風機、小型電動車輛、汽車空調(diào)器、機器人、計算機外圍設(shè)備、電動工具等。軸向磁場永磁有刷直流電機可以做成電勵磁電機。

1.2.1.2 軸向磁場永磁同步電機和軸向磁場永磁無刷直流電機

軸向磁場永磁同步電機和軸向磁場永磁無刷直流電機對應的徑向磁場電機一樣，它們的結(jié)構(gòu)也是一樣的，但它們的理論和運行原理不同，其主要差別在于工作電流的波形不同，如圖1.5所示。無刷直流電機產(chǎn)生一個方波的反電動勢，電流波形為方波，因此被稱為方波電機。在交流永磁同步電機中產(chǎn)生的是正弦波反電動勢，電流波形為正弦波，因此被稱為正弦波電機，也被稱為永磁同步電機。

軸向磁場永磁同步電機結(jié)構(gòu)種類較多，應用范圍廣泛，是本書研究的重點，并將在后面的章節(jié)中進行詳細研究。

1.2.1.3 軸向磁場異步電機

軸向磁場異步電機只能做成電勵磁電機，放置鼠籠繞組的疊片轉(zhuǎn)子鐵心是軸向磁場異步電機的制造難點。若鼠籠繞組用非磁性高電導率的銅或鋁來代替，或者用覆蓋銅層的鋼盤來代替，則電機的性能會顯著惡化。目前來說，對軸向磁場異步電機開發(fā)的價值不大。

1.2.2 按電機的基本結(jié)構(gòu)分類

按照軸向磁場電機的基本結(jié)構(gòu)來分，軸向磁場電機大致可以分為單定子單轉(zhuǎn)子、雙定子單轉(zhuǎn)子、單定子雙轉(zhuǎn)子和多盤式。由于永磁電機取消了勵磁繞組，可以實現(xiàn)電機的無刷化，同時提高了電機的效率，因此軸向磁場電機通常做成永磁電機。軸向磁場永磁（AFPM）電機結(jié)構(gòu)很靈活，按照有無定子鐵心和繞組的形狀，又可以繼續(xù)按圖1.6所示分類。由于單定子雙轉(zhuǎn)子AFPM電機的中間定子繞組形式的多樣性，相對于雙定子單轉(zhuǎn)子盤式電機來說，其結(jié)構(gòu)更為豐富，磁路結(jié)構(gòu)有NN和NS兩種。

1.2.2.1 按電機盤數(shù)分類

1.單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機

單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機是軸向磁場永磁電機中最簡單的，也是最基本的結(jié)構(gòu)形式，如圖1.2（a）所示。該結(jié)構(gòu)由一個盤形定子和一個盤形轉(zhuǎn)子組成，中間是軸向平面氣隙。永磁體粘貼或嵌在轉(zhuǎn)子盤上，定子鐵心由電工鋼片卷繞而成。單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機由于結(jié)構(gòu)緊湊、輸出轉(zhuǎn)矩大、散熱容易，并且能夠承受較大的電流密度，已被應用于工業(yè)牽引、軍事、交通運輸業(yè)和無齒輪直驅(qū)電梯中。圖1.7所示為單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機的典型結(jié)構(gòu)圖，圖1.7（a）所示的電機使用在工業(yè)牽引和伺服驅(qū)動機電裝置中，圖1.7（b）所示的電機中集合了滑輪裝置和制動裝置（圖中未畫出），可以用來起吊物體，也可以用在無齒輪直驅(qū)電梯中。

單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機的主要缺點是在定子和轉(zhuǎn)子之間存在不平衡軸向磁拉力，很容易使電機結(jié)構(gòu)扭曲變形，增加軸承負荷，因此在軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計中應當注意。此外，轉(zhuǎn)子上由永磁體產(chǎn)生的磁場在定子鐵心中交變會產(chǎn)生損耗，導致單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機的效率降低。

2.雙定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機

雙定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機包括一個轉(zhuǎn)子盤和兩個定子盤，兩個定子盤在外側(cè)，轉(zhuǎn)子盤在兩個定子盤中間構(gòu)成雙氣隙結(jié)構(gòu)，也稱為雙邊結(jié)構(gòu)，如圖1.2（c）所示。由于雙定子為對稱結(jié)構(gòu)，受到兩個相互抵消的磁拉力，因此不存在單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機的單邊磁拉力問題。永磁體安裝在轉(zhuǎn)子盤的兩個表面，這種結(jié)構(gòu)的電機被稱為軸向磁場內(nèi)轉(zhuǎn)子（Axial Flux Internal Rotor, AFIR）電機，具有較好的散熱性能和較低的轉(zhuǎn)動慣量。

圖1.8所示為8極雙定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機的結(jié)構(gòu)示意圖，該電機有兩個獨立的定子繞組，在并聯(lián)運行時，即使一個定子繞組出現(xiàn)故障，該電機還可以繼續(xù)運行，即電機具有一定的故障容錯能力。兩個繞組串聯(lián)運行時，可以提供給轉(zhuǎn)子大小相等且方向相反的軸向磁拉力，使轉(zhuǎn)子上受到的磁拉力相互抵消，以減少電機的振動和損耗，因此這是繞組連接方式的首選方案。

3.單定子雙轉(zhuǎn)子AFPM電機

單定子雙轉(zhuǎn)子AFPM電機結(jié)構(gòu)由一個定子盤和兩個轉(zhuǎn)子盤組成，兩個轉(zhuǎn)子盤在外側(cè)，定子盤在兩個轉(zhuǎn)子盤中間，如圖1.2（b）所示。單定子雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又被稱為TORUS結(jié)構(gòu)，相對于單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機而言，整體氣隙磁通密度可提高10%。由于兩邊結(jié)構(gòu)對稱，該電機的兩個轉(zhuǎn)子盤對中間的定子盤產(chǎn)生的磁拉力大小相等，方向相反，因此不存在單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機的單邊磁拉力問題。

圖1.9所示為兩種無槽定子鐵心單定子雙轉(zhuǎn)子AFPM電機結(jié)構(gòu)圖，圖1.9（a）所示的電機可作為推進電動機和燃油同步發(fā)電機，圖1.9（b）所示的電機可作為起重電機。電動汽車中的輪轂電機可采用圖1.9（b）所示的電機[在圖1.9（b）中除去機座]。

單定子雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一種特殊的電機—雙轉(zhuǎn)速電機。雙轉(zhuǎn)速電機有兩種轉(zhuǎn)速運行模式，可實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速的變換。徑向磁場雙轉(zhuǎn)速電機需要運行在兩套不同極對數(shù)的繞組情況下，通過改變極對數(shù)來改變運行速度，實現(xiàn)變速功能。徑向磁場雙轉(zhuǎn)速電機屬于有級變速，無法實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速，適用范圍相對較窄。軸向磁場雙轉(zhuǎn)速電機主要在單定子雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)。該雙轉(zhuǎn)速電機可看成由兩臺單定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機組成，有兩套互不影響的磁路，因此，有兩套不同的極對數(shù)來實現(xiàn)速度變換，該雙轉(zhuǎn)速電機不僅能變換轉(zhuǎn)速，還能在兩種不同速度下運行，較徑向磁通雙轉(zhuǎn)速電機應用廣泛。

4.多盤式AFPM電機

經(jīng)研究表明，通過增大電機直徑可以增加轉(zhuǎn)矩，然而也要考慮以下限制條件：軸承所能夠承受的軸向力；定子盤、轉(zhuǎn)子盤與軸之間的機械連接；圓盤剛度。

為了滿足大轉(zhuǎn)矩、高功率電機的需求，可以采用多盤式結(jié)構(gòu)的辦法，即由多個定子盤和轉(zhuǎn)子盤并列組合而成，這種結(jié)構(gòu)可以在不增加外徑的條件下增加電機轉(zhuǎn)矩和功率，因此在要求電機的功率比較大的情況下可以考慮多盤式結(jié)構(gòu)。

多盤式AFPM電機是由多個定子和多個轉(zhuǎn)子相互交錯排列組成的多氣隙結(jié)構(gòu)，如圖1.10所示，這種結(jié)構(gòu)可以在較小半徑下實現(xiàn)大功率、大轉(zhuǎn)矩輸出。

1.2.2.2 按有無鐵心分類

1.有定子鐵心

在雙定子單轉(zhuǎn)子AFPM電機中，外面定子一般采用有鐵心的結(jié)構(gòu)，以減小整個磁路的磁阻，從而減少永磁體的用量。外邊轉(zhuǎn)子中間定子軸向磁場永磁電機依據(jù)磁通閉合路徑的不同，可采用有定子鐵心或無定子鐵心結(jié)構(gòu)。有定子鐵心的軸向磁場電機的定子鐵心是通過先將硅鋼片帶料卷繞后再進行槽加工或?qū)_好槽的硅鋼片帶料卷繞而成的，如圖1.11所示。在槽加工過程中，會遇到疊片之間短路的問題，當繞制沖好槽的疊片帶時，存在預先打孔的槽難以對齊的難題。因此，軸向磁場電機的電樞鐵心是軸向磁場電機制造的難點和關(guān)鍵，也解釋了軸向磁場電機出現(xiàn)得早但至今還沒有得到廣泛應用的原因。隨著傳統(tǒng)徑向磁場電機出現(xiàn)的散熱和功率密度的局限性，隨著軸向磁場電機制造工藝的進步和新材料的出現(xiàn)，軸向磁場電機又重新被電機工程師們重視。例如，采用圖1.11（b）所示的軟磁復合材料來形成的定子鐵心，使電機的制造變得簡單，在不降低電機性能的前提下，可降低電機的成本。

有定子鐵心的軸向磁場電機又可分為有槽和無槽兩種形式。將電機定子鐵心開槽可以有效地減少氣隙，降低氣隙的磁阻且增大氣隙磁密度，減少所需永磁體用量，因而可以降低電機的成本，同時可增加電機的電感，從而提高電機的弱磁調(diào)速能力。但有槽的軸向磁場電機存在齒槽轉(zhuǎn)矩，齒槽轉(zhuǎn)矩的存在將使電機產(chǎn)生脈振和附加損耗，因此應采取有效措施來降低齒槽轉(zhuǎn)矩，本書將在第8章對永磁同步電機的齒槽轉(zhuǎn)矩進行分析。

對于有槽的軸向磁場電機，在每個槽開口處軸向磁場電機的平均氣隙磁密度將會減小。由于開槽引起的氣隙磁密度減小相當于該處的等效氣隙增大了，因此用一個等效的氣隙來表示。等效氣隙g′和實際氣隙g之間的關(guān)系可以用卡特系數(shù)k_C＞1來描述。

式中，t₁是平均槽距；b₁₄是槽口寬度。

電機定子鐵心不開槽時，繞組直接繞制在定子鐵心上，如圖1.12所示。這種電機的定子裝配簡單，沒有齒槽轉(zhuǎn)矩，降低了轉(zhuǎn)子表面的損耗和磁飽和程度，降低了電機的噪聲。但電機的有效氣隙比較大，有效氣隙等于機械間隙加上主磁路上主磁通通過的所有非磁性材料的厚度，包括繞組、絕緣材料、灌封材料和支撐結(jié)構(gòu)。氣隙增大，使得電機所需的永磁體用量增加，電機的電感比開槽電機的電感要小，減小了電機的恒功率運行范圍，并且繞組處在交變的氣隙磁場中，使得電機繞組渦流損耗升高。因為電機的定子鐵心沒有開槽，所以無槽電機的卡特系數(shù)k_C=1。

有定子鐵心的軸向磁場電機還可分為有軛和無軛兩種形式。當單定子雙轉(zhuǎn)子AFPM電機采用NS磁路結(jié)構(gòu)時，可以采用無定子軛結(jié)構(gòu)，因為在這種情況下，磁力線從一個轉(zhuǎn)子的N極出發(fā)，沿軸向通過氣隙到達中間定子后，又通過另一個氣隙到達另一個轉(zhuǎn)子的S極，磁力線不需要通過中間定子的軛部，因此可以取消定子軛部。這種電機被稱為YASA（Yokeless And Segmented Armature，無磁軛模塊化）電機，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.13所示。

2.無定子鐵心

無定子鐵心單定子雙轉(zhuǎn)子AFPM電機的定子繞組安裝在非磁性或絕緣材料制成的支撐結(jié)構(gòu)上，不存在定子鐵耗和磁滯現(xiàn)象，永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心的損耗可忽略不計，電機效率更高；不存在齒槽轉(zhuǎn)矩，更利于電機平穩(wěn)運行，降低了電機的噪聲。

無定子鐵心AFPM電機一般采用單定子雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其示意圖如圖1.14所示。從圖中可以看到，該電機的定子線圈被封裝在由絕緣材料制成的定子電樞盤中，封裝好的定子電樞盤要求有足夠的強度，因為定子上可能會受到不平衡磁拉力的作用。由于繞組放在氣隙中間，電機的有效氣隙長度增大，比有鐵心無槽電機的氣隙更大，磁場由永磁體產(chǎn)生，為了讓氣隙磁通密度維持在合理的水平，這種結(jié)構(gòu)相比于硅鋼片疊壓式定子鐵心不開槽結(jié)構(gòu)需要的永磁體用量更多。因此，為了盡量縮短氣隙長度，減少永磁體用量，無定子鐵心必須做得很薄。當電機運行頻率較高時，定子繞組內(nèi)部可能會產(chǎn)生很大的邊緣電流。另外，無定子鐵心AFPM電機繞組的安裝難度大，對工藝要求高，需要通過添加填料的方式來固定線圈。相較于有定子鐵心AFPM電機，無定子鐵心AFPM電機氣隙磁通密度有所下降，功率密度和轉(zhuǎn)矩密度都不高，因此無定子鐵心AFPM電機不適宜做成大容量電機。

根據(jù)電機的應用場合不同，無槽電機的定子可以有鐵心，也可以無鐵心，無槽無定子鐵心AFPM電機的定子由繞組注塑而成。

無定子鐵心AFPM電機的定子繞組可設(shè)計為菱形、梯形、六邊形等形狀，但成型工藝較為復雜。隨著印制電路板（Printed Circuit Board, PCB）工藝的不斷發(fā)展，無定子鐵心AFPM電機的定子制作也得到了極大的簡化，可以設(shè)計制作出多種形狀的繞組，其氣隙也更平整。在PCB軸向磁場永磁電機中，相對于集中式繞組，分布式繞組更有利于降低銅耗，提升電機性能。圖1.15所示為PCB分布式繞組，有等寬和不等寬兩種類型。不等寬PCB分布式繞組的輸出特性更好，且更有利于降低電機溫升和損耗。

3.無轉(zhuǎn)子鐵心

當外邊雙定子中間轉(zhuǎn)子AFPM電機采用NS磁路結(jié)構(gòu)時，可以取消轉(zhuǎn)子軛部。采用嵌入式永磁體結(jié)構(gòu)時，轉(zhuǎn)子甚至完全不需要鐵磁材料構(gòu)成無轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)，軸向長度更短，更有利于提高電機的功率密度，減小轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，特別適合作為伺服電機，這種結(jié)構(gòu)將在本書的第3章進行介紹。

4.既無定子鐵心又無轉(zhuǎn)子鐵心

隨著高能永磁體的應用，AFPM電機的定子和轉(zhuǎn)子都可以制造成無鐵心結(jié)構(gòu)的。完全無鐵心的AFPM電機相比傳統(tǒng)的RFPM電機，其沒有鐵耗，電機的質(zhì)量減小了，功率密度和效率提高了。定子和轉(zhuǎn)子之間不會產(chǎn)生通常的磁拉力，在零電樞電流狀態(tài)下也不會產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動及噪聲。

既無定子鐵心又無轉(zhuǎn)子鐵心的AFPM電機在20世紀90年代后期就被制造出來了，并應用在伺服機構(gòu)、工業(yè)電機驅(qū)動、太陽能供電的電氣車輛等領(lǐng)域，也作為計算機外圍的微電動機和手機上的振動電機。既無定子鐵心又無轉(zhuǎn)子鐵心單定子雙轉(zhuǎn)子AFPM電機結(jié)構(gòu)如圖1.16所示。轉(zhuǎn)子盤由稀土永磁體和非磁性材料支撐件組成。無鐵心的定子位于兩個相同的轉(zhuǎn)子盤之間，定子固定在機座上。定子繞組采用疊繞的方式，整個繞組嵌在機械完整性好的塑料或樹脂中。

AFPM電機不能依靠過度增加電機直徑來獲得高的電磁轉(zhuǎn)矩，但可以通過增加盤數(shù)來提高電磁轉(zhuǎn)矩，如采用3盤及3盤以上的AFPM電機。無鐵心電機可設(shè)計成如圖1.16（b）所示的模塊化結(jié)構(gòu)，可以通過增加更多的模塊來提高輸出功率。

為了獲得更高的功率和轉(zhuǎn)矩密度，氣隙磁通密度應盡可能大，這可以通過使用Halbach永磁體陣列來獲得。Halbach永磁體陣列如圖1.17所示。從圖中可以看出，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的相鄰永磁體之間可以同時沿徑向或切向充磁，磁化夾角一般設(shè)置為45°、60°或90°，其疊加的結(jié)果可以加強或削弱其中一側(cè)的磁場。因此，采用Halbach永磁體陣列的電機有一種集磁效應，能夠減少漏磁，使其轉(zhuǎn)子背鐵中的磁通密度大幅度減小，同時，提高電機的氣隙磁通密度。另外，由于采用Halbach永磁體陣列的電機可以不需要轉(zhuǎn)子背鐵也能形成閉合磁路，因此便實現(xiàn)了AFPM電機定子、轉(zhuǎn)子均無鐵心的結(jié)構(gòu)，將進一步減小電機的質(zhì)量，并減小其轉(zhuǎn)動慣量。但采用Halbach永磁體陣列時，永磁體的充磁及加工過程相對復雜，因此對其相關(guān)工藝提出了更高的要求。

1.2.2.3 按定子繞組形狀分類

與傳統(tǒng)徑向磁場電機一樣，AFPM電機使用的繞組有分布式繞組和集中繞組兩種。分布式繞組又有疊繞組和波繞組兩種形式。由于AFPM電機結(jié)構(gòu)的多樣性，電機繞組形式也多種多樣，一般根據(jù)電機的拓撲結(jié)構(gòu)而定。目前，軸向磁場電機常用的繞組結(jié)構(gòu)大致可以分為分布式繞組、無定子鐵心繞組、環(huán)形繞組（鼓形繞組）、扇形繞組（凸極繞組）和扇環(huán)形混合繞組。

1.分布式繞組

分布式繞組有單層和雙層繞組兩種形式，疊繞組是最基本的電機繞組形式，但軸向磁場電機采用疊繞組時槽滿率較低，通常只有50%。圖1.18所示為三相AFPM電機的分布式單層繞組結(jié)構(gòu)圖，三相分別用U、V、W表示。電機槽數(shù)z=36，極對數(shù)p=3，即電機為6極電機，相數(shù)m₁=3。電機的每相每極槽數(shù)q為

2.無定子鐵心繞組

無定子鐵心繞組有兩種形式：由多個線圈形成的繞組，線圈用多匝絕緣的圓導體或矩形導體繞制而成；印刷繞組，也稱為薄膜線圈繞組。無定子鐵心繞組使用在雙轉(zhuǎn)子中間定子的雙邊結(jié)構(gòu)的AFPM電機中，圖1.19所示為三相8極無定子鐵心雙轉(zhuǎn)子AFPM電機的定子繞組結(jié)構(gòu)圖。

在制造軸向磁場永磁電機無定子鐵心繞組時，將線圈均勻分布在一個被稱為軸的圓柱體支撐結(jié)構(gòu)上，這個軸由非磁性和非導電性材料制成。線圈首先連接成線圈組，然后通過一定方式連接成星形或三角形繞組，同相的線圈或線圈組可以并聯(lián)連接形成多條并聯(lián)支路。線圈形成彎管以便在裝配相同的線圈時獲得更高的填充密度，同一個線圈兩邊的內(nèi)部分別放置來自相鄰線圈的一個邊，如圖1.19（b）所示。線圈放置在有槽的模具中，并將線圈固定在相應的位置上，通過模具將繞組、環(huán)氧樹脂和硬化劑混合在一起，并將繞組固定在相應的位置上。

3.環(huán)形繞組

對于有鐵心的軸向磁場電機，線圈沿電樞鐵心軛部環(huán)繞，因此被稱為環(huán)形繞組，也被稱為鼓形繞組，還可以被稱為背對背繞組，如圖1.20（a）所示。圖1.20（b）所示為環(huán)形繞組端部接線圖。環(huán)形繞組使用在雙轉(zhuǎn)子中間定子的雙邊結(jié)構(gòu)AFPM電機中，主要適用于NN磁路結(jié)構(gòu)的軸向磁場電機。每相繞組有相等的線圈數(shù)，線圈反方向連接以抵消定子鐵心中的磁循環(huán)。環(huán)形繞組有以下幾個優(yōu)點。

（1）線圈尺寸相同，便于制造，繞組槽滿率可以高達80%。

（2）環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)十分簡單，它可以均勻地環(huán)繞在不開槽的鐵心上，也可以嵌在鐵心槽中。

（3）可以靈活地選擇節(jié)距，以改善電動勢和磁動勢波形。

（4）繞組端部很短，端部形狀整齊，有利于散熱和增強機械強度。

雖然環(huán)形繞組的端部比較短，可以有效降低電機的銅耗，但是鐵心開槽的環(huán)形繞組電機，其鐵心制造難度較大，若采用無槽定子鐵心，則定子與外殼固定困難，加工難度也較大。

4.扇形繞組

對于有定子鐵心的軸向磁場電機，繞在與氣隙平面平行的鐵心平面上的集中繞組，被稱為扇形繞組或凸極繞組，如圖1.21所示。扇形繞組使用在雙轉(zhuǎn)子中間定子的雙邊結(jié)構(gòu)AFPM電機中，適用于NN和NS磁路結(jié)構(gòu)的軸向磁場電機，也可以使用在雙定子中間轉(zhuǎn)子的AFPM電機中。NN磁路結(jié)構(gòu)的外轉(zhuǎn)子中間定子AFPM電機需要較厚的定子軛部來提供磁通路徑，而對于NS磁路結(jié)構(gòu)的電機，磁通不需要周向穿過中間定子軛部，軸向尺寸短，可以有效提高電機的功率密度。

5.扇環(huán)形混合繞組

采用扇環(huán)形混合繞組的電機，如圖1.22所示。相對于扇形繞組縮短了端部的長度，降低了銅耗。但是繞組的固定和加工較困難，提高了電機制造成本。

定子繞組通常由表面絕緣的銅線繞制而成，導線的橫截面可以是圓形的，也可以是矩形的。對于采用水冷的大功率AFPM電機，可以用空心導線。圓導線直徑大于1.5mm時很難被繞制成線圈，如果電流密度太大，則推薦采用多根小直徑的導線并繞，而不采用大直徑的導線，定子繞組也可以采用多條并聯(lián)支路。電樞繞組可以是單層的，也可以是雙層的。線圈繞制好之后，必須固定好線圈的位置，避免導線移動。固定導線位置的方法有兩種：一種是浸漆工藝，先將整個繞組浸在漆類材料中，然后烘干表面的溶劑；另一種是滴浸工藝，將經(jīng)過精密測量、能迅速固化的無溶劑漆連續(xù)滴落到經(jīng)過預熱的旋轉(zhuǎn)著的繞組上。