第1章 绪论

1.1 电机的定义及分类

众所周知，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，包括电动机和发电机。电机内的气隙磁场是电机进行机电能量转换的媒介。电机内磁场产生的方式有两种，一种是由电磁铁产生的磁场，即将电机绕组缠绕在铁磁材料做成的铁心上，在电机绕组内通以电流来产生磁场；另一种是由永磁体产生的磁场，它不需要励磁绕组，因此也不需要供给励磁绕组电流，电机的结构变得简单，电机的效率提高了。根据磁场产生的方式，电机可分为电励磁电机和永磁电机两种。根据电机内磁力线通过气隙的路径，电机又可分为径向磁场电机、轴向磁场电机和横向磁场电机。

1.1.1 径向磁场电机

顾名思义，在径向磁场电机中，磁场是沿径向通过气隙的，气隙呈圆柱形，定子和转子是沿径向同心式安装的，电机的定子与转子均为圆柱形的，如传统的直流电机、异步电机和同步电机就是径向磁场电机。径向磁场电机的结构和磁路示意图如图1.1所示。若转子安装在定子的内部，则称为内转子电机，若转子安装在定子的外部，则称为外转子电机。外转子电机的定子被转子包围在里面，散热性能不好，但转动惯量大，转矩脉动小。一般情况下，内转子电机使用比较多，只有在比较特殊的场合下才使用外转子电机，如用外转子电机直接驱动皮带来运输物体，轮毂电机一般采用外转子电机，转子直接安装在轮胎里面。径向磁场电机的磁路结构是二维的，磁路比较简单。在硅钢片叠片铁心的电机中，平面磁路可以获得良好的磁性能，但也限制了设计的多样性。由于定子、转子铁心采用硅钢片轴向叠压，制造简单，因此目前径向磁场电机获得了广泛的应用。

图1.1 径向磁场电机的结构和磁路示意图

1.1.2 轴向磁场电机

轴向磁场电机的拓扑结构不同于径向磁场电机的拓扑结构，其磁力线是沿轴向通过气隙的，气隙呈平面型，定子与转子沿轴向交替排列而成，电机的磁路是三维的，给转子磁路的设计带来了很大的灵活性。由于气隙磁场沿轴向分布，电机的定子与转子均为圆盘形的，因此轴向磁场电机又被称为盘式电机。

轴向磁场电机定子、转子可设置一个或多个，构成单定子单转子盘式、中间定子盘式、中间转子盘式，以及多定子多转子盘式电机。轴向磁场电机的最小盘数为2，但是为了使电机结构更具对称性，以消除盘与盘之间的磁拉力，并且为了得到更大的气隙面积以增加输出，一般都使用三个盘或三个以上的盘。图1.2所示为轴向磁场电机的结构示意图。

图1.2 轴向磁场电机的结构示意图

1.1.3 横向磁场电机

横向磁场电机的拓扑结构与径向磁场电机和轴向磁场电机的拓扑结构均不相同，它的整个定子铁心由多个C形定子铁心绕电机转轴沿周向排列组成，转子呈圆盘形，转子外圆周上均匀分布着N、S极性交替排列的永磁体。转子上安装的永磁体位于C形定子铁心的缺口中。永磁体之间有间隙，永磁体磁通方向与电机转轴平行，磁力线轴向通过气隙，因此，横向磁场电机属于轴向磁场电机的范畴。横向磁场电机磁路和电路（线圈部分）不在同一平面上，实现了电路与磁路的解耦。横向磁场电机的磁路与轴向磁场电机的磁路一样，也是三维的，横向磁场电机有许多部件，工艺比较复杂，成本较高，控制比较困难。图1.3所示为横向磁场电机的结构示意图。

图1.3 横向磁场电机的结构示意图