胡义军 吴海鹰

（中国船舶重工集团公司第七一二研究所，武汉 430064）

0 引言

随着电机技术的发展，人们逐渐认识到了普通圆柱式电机存在着自身结构无法克服的一些弱点，如电机冷却困难、铁心利用率低等问题。因此，轴向磁场永磁电机逐渐受到了电机界的重视。轴向磁场永磁电机有效利用定子铁心内径到转轴的空间，从而大幅缩短传统电机绕组端部的轴向尺寸，转矩密度可提高20%左右。

轴向磁场永磁电机的结构和传统电机有很大区别，其显著特点是定子和转子是环型结构，电枢绕组的有效导体在空间呈径向辐射分布，线负荷随着半径的增加而减小；磁路的饱和程度也不一样：在内圆附近是齿饱和，而在外圆附近是轭饱和。轴向磁场永磁电机内部介质交界面曲直交错，各部件材料的磁性能各异，这些特点都给电机的设计带来困难，其磁场分布严格来讲是三维的，需通过求解三维场的方法来精确计算磁场的分布。本文介绍应用有限元分析软件 ANSYS的电磁模块对轴向磁场永磁发电机进行三维静磁场和空载工况分析，从而得到该电机磁场分布和空载工况的性能计算结果，并对磁极形状进行优化设计，最终得到正弦度高的空载反电势波形。

1 电机结构和运行原理

轴向磁场永磁发电机选用由双转子和单定子组成的中间定子结构，如图1所示，有文献称其为TORUS-NN型结构。其磁路形式为两侧转子的磁钢按同极性顺序排列，即N极对N极，S极对S极。……