前言

电机是依据电磁感应定律实现能量转换或传递的一种电磁装置，电机内的气隙磁场是电机进行机电能量转换的媒介。根据电机内磁力线通过气隙的路径，可以将电机分为径向磁场电机、轴向磁场电机和横向磁场电机。

世界上第一台电机就是轴向磁场永磁电机（也称为盘式电机），它是法拉第于1821年发明的，但受当时永磁材料的性能和生产工艺水平的限制，轴向磁场永磁电机未能得到进一步发展。国内目前还是以径向磁场永磁电机为主，它们大多呈长筒形，直径较小，轴向尺寸很大，散热困难。径向磁场永磁电机转子内部铁心利用率低，内转子齿根部的磁路容易饱和，所以无法进一步提高电机的转矩密度。而轴向磁场永磁电机呈圆盘式结构，加大了气隙磁场的作用面积，使得电机的功率和转矩密度更高，它们直径大、轴向尺寸小，散热容易，且容易实现低速直驱，无容易出故障的齿轮箱，可提高系统的效率。近年来，轴向磁场永磁电机重新受到了人们的重视，在发电、新能源汽车、机器人驱动、直驱电梯电机、电磁弹射系统、船舶驱动等领域都有很好的应用前景。

轴向磁场永磁电机的主要缺点和限制与电机的磁路结构有关。轴向磁场永磁电机的定子铁心通过将硅钢片沿周向卷绕而成，制造比较困难，使用范围受到了限制。随着科学技术的进步、软磁复合材料（SMC）等新材料的出现和性能的改进，越来越多的研究人员在不同应用领域对轴向磁场永磁电机的定子铁心进行了深入的研究与开发，目前采用软磁组合材料（SMC）或Si-SMC组合形成的铁心代替钢片铁心可为上述难题提供一个有效的解决办法。

为快速推广轴向磁场无刷同步电机的应用，特将湖南工程学院特种电机研究团队十多年从事轴向磁场电机研发的科研成果进行整理和总结。期望本书的出版能对我国轴向磁场无刷同步电机的进一步发展做出贡献。

本书共9章，主要针对轴向磁场无刷同步电机进行研究。第1章介绍了轴向磁场电机的种类、特点、研究现状和新材料在轴向磁场电机中的应用。第2章介绍了轴向磁场永磁同步电机的运行原理，包括轴向磁场永磁同步电机的磁路、电磁转矩和感应电动势、电枢反应，材料性能和磁路工作点的计算等，并对轴向磁场电机和径向磁场电机的功率密度进行了比较。第3章主要对用作伺服电动机的双定子单转子轴向磁场永磁同步伺服电动机进行了设计，对表贴式和嵌入式轴向磁场永磁同步伺服电动机进行了对比研究，最后针对电枢制造困难的问题提出了三种电枢铁心的制造方法。第4章阐述了单定子双转子轴向磁场永磁同步发电机的结构和电磁关系，基于Microsoft Excel软件对8kW单定子双转子轴向磁场永磁同步发电机进行了电磁设计与有限元仿真验证，最后介绍了非晶单定子双转子轴向磁场永磁同步发电机的制造，以及无轭定子铁心和无铁心绕组的制造。第5章提出了一种直驱轮式轴向磁场永磁风力发电机，对发电机的主要部件进行了设计与仿真分析，用Ansys Workbench软件对电机的主轴结构和转子盘体的受力情况进行了仿真分析。第6章针对永磁磁场难以调节的问题提出了一种新型轴向磁场混合励磁无刷同步电机。第7章提出了一种基于轴向磁场交流励磁机的无刷同步发电机，并与传统径向磁场交流励磁机进行了对比，证明了该电机的优越性。第8章结合轴向磁场永磁同步电机的结构特点，对轴向磁场永磁同步电机的齿槽转矩进行了分析，最后基于田口算法对齿槽转矩进行了优化。第9章介绍了轴向磁场永磁无刷电机的应用。

为了便于读者对照学习，本书采用的Maxwell有限元仿真软件绘制的结构图和仿真图均为原图，未进行处理，特此声明。

湖南工程学院邓秋玲教授负责撰写本书，湖南工程学院研究生陈可、谢吉堂、肖意南、向全所、艾文豪、廖宇琦、朱明浩对本书的研究成果做出了重要贡献。本书相关的基础研究工作得到了湖南工程学院“电气工程及其自动化国家级一流本科专业建设点”和“湖南省应用特色学科”的资助，得到了佛山市南海区“蓝海人才计划”创新创业团队“新型轴向磁场电机研制及产业化”项目的资助。本书在撰写过程中得到了湖南工程学院电气与信息工程学院万琴院长、多多岛科技有限公司和湘电莱特股份有限公司的大力支持，在此一并表示感谢。

由于作者的水平有限，书中难免存在不足或不当之处，恳请广大读者批评指正。