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电机控制器发展现状及研究意义

一、盘式永磁电机的发展情况及研究现状

盘式电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，所以又被称为轴向磁场电机。法拉第

发明的世界上第一台电机就是轴向磁场电机，但是由于它的定、转子之间存在轴向磁吸力以

及制造复杂等缺点，使得盘式电机未能得到进一步的发展，而被以后发展起来的常规电机又

称为径向磁场电机所取代，可是常规电机也并非十全十美，由于齿根部存在“瓶颈”现象，

致使电机的散热、铁心利用率低等问题一直困扰着电机工程人员，而这些问题只有从结构上

进行彻底的变化才能解决，于是20世纪40年代起，轴向磁场电机又重新受到了电机界的重

视。实际的研究结果表明，轴向磁场电机不仅具有较高的功率密度，而且在一些特殊应用场

合，它还具有明显的优越性。（吴畏，许锦兴，林金铭.盘式永磁同步电动机及其发展.电工

技术杂志，1990，2:10~13.）

随着数控机床、工业机器人、机械手、计算机及其外围设备等高科技产品的兴起和特殊

应用如雷达、卫星天线等跟踪系统的需要，人们对伺服驱动电机小型化、薄型化、低噪声的

呼声愈来愈高，对电机的结构和体积也提出了更高的要求。世界上一些先进的工业国家从

20世纪80年代初期起，就已经开始研制盘式永磁电机。由于它结合了永磁电机和盘式电机

的优点，使得该类电机既具有永磁电机结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效

率高的优点，又同时具有盘式电机轴向尺寸短、结构紧凑、硅钢片利用率高、工艺简单、功

率密度高、转动惯量小的特点，因此，该类电机在国内外迅速地得到了广泛应用。目前在不

同种类、不同结构的盘式永磁电机中尤以盘式永磁直流电动机、盘式永磁同步电动机和盘式

无刷直流电动机应用最为广泛。

上世纪70年代初期，盘式电机首先以直流电机的形式应用于电车、水泵、吊扇和家用

电器等场合。1973年，英国的KeiperF率先指出了盘式轴向磁场结构的优越性，从而引起

了电机界的极大兴趣，从70年代末期起，人们开始将盘式电机研究的方向转向盘式永磁同

步电机。1978年，意大利比萨大学的BramantiA教授首次提出了制造轴向气隙同步电动机

的几种方法，探讨论了轴向磁场同步电机的特性，并且制造论文一台双定子单隐极转子的实

验样机。1979年，联邦德国布伦瑞克大学的WehH教授给出了双转子单定子盘式永磁同步

电机电磁场的计算的解析法，并导出了电机的稳态、瞬态参数和特性方程。1985年，美国

弗吉尼亚理工大学的KrishnanR教授对伺服驱动用的盘式永磁同步电动机进行了全面的介

绍，通过对各种径、轴向磁场电机的性能进行比较，展现了盘式永磁同步电机的优越性。

（KrishnanR，BeutlerAJ.Performanceanddesignofanaxialfieldpermanentmagnet

synchronousmotorservodrive.IEEEIndustryApplicationsAnnualMeeting，

1985:634~640.）

2001年，MetinAydin和SurongHung对环形有槽和无槽盘式永磁电机进行了深入的研究并

推导出了用于环形盘式永磁同步电机的方程（AydinM，HungS，ThomasA.Designand3D

electromagneticfieldanalysisofnon-slottedandslottedTO-RUStypeaxialflux

surfacemountedpermanentmagnetdiscmachines.IEEEElectricMachinesandDrives

Conference，2001:645~651）。2004年，意大利的FedericoCaricchi，FabioGiuliiCapponi

等对盘式永磁电机的空载损耗和脉动转矩通过试验和磁场分析的方法进行了深入地研究。

（CaricchiF，CapponiFG，CrescimbiniF，etal.Experimentalstudyonreducingcogging

torqueandnoloadpowerlossinaxial-fluxpermanentmagnet