讲点干货——轴向磁通永磁电机设计思路
轴向磁通永磁电机，也就是常说的盘式电机，具有结构紧凑、转矩密度高等优点，在航空航天、风力发电、电动汽车等领域的应用越来越广泛。
盘式电机的尺寸沿半径方向发生变化，为减小计算量，常将其在平均半径处展开，看作一个铁心长为单边径向长度的直线电机。该方法的计算结果虽有误差，但精度在初始设计时基本能够满足需求。本文以单定子、单转子盘式电机为例，简单介绍该类型电机的设计思路。本文所介绍的设计思路同样适用于其他类型盘式电机。
盘式电机的外形尺寸主要分为三部分，分别是：（1）定子外径Do，内径Di和外径Do之比λ。（2）定子轴向长Ls。（3）转子轴向长度Lr。下面分三部分介绍盘式电机的设计思路。在设计之前，需要预设一些参数来简化设计流程。主要包括：定、转子轭部磁密、定子齿磁密以及热负荷。
第一部分 铁心内外径
根据设计经验，先给出一个定子外径Do，然后选择λ。这里的Do不需要特别精确，在后面优化时还需修改。一般来讲，当λ=0.577时，盘式电机的输出功率最大，但根据实际设计，λ可在0.4-0.6之间取值。确定Do和λ后，盘式电机的径向长度lef=Do（1-λ）/2. 电机平均半径处的直径Davg=Do（1+λ）/2。然后根据极槽配合，可确定平均半径处的极距τp和槽距τs。
第二部分 转子轴向长
转子轴向长Lr等于磁钢厚度hm和转子轭部厚度Lry两部分之和。盘式电机常采用表贴式转子结构，可参照表贴式永磁电机设计原则选择磁钢厚度hm和极弧系数αp。需要注意的是，因为加工工艺，同等外形尺寸的盘式电机气隙需要更大的气隙长度。在气隙长度，磁钢厚度和极弧系数确定后，即可估算出每极磁通。然后根据转子轭部的预设磁密，即可得到转子轭部厚度Lry。
第三部分 定子轴向长
定子轴向长Ls等于定子轭部厚度Lsy、定子槽深hs和定子槽口深h0三者之和。定子轭部厚度设计可参照转子轭部厚度的设计原则。但当定子轭部厚度太小时，定子铁心在卷绕时可能会发生变形，需要适当增加轭部厚度来保证机械强度。
槽深hs的确定则与槽宽、线径、每槽导体数和槽满率来确定。定子槽宽bs等于槽距τs和齿宽bt的差值。定子齿宽bt则根据每极磁通、每极定子槽数和预设的定子齿磁密确定。值得注意的是，盘式电机采用矩形槽，槽宽保持恒定。若槽宽过大，会导致内径处定子齿宽太小，必须予以校核。此外，定子槽口深也可参照表贴式永磁电机设计。
定子槽深通过迭代的方式确定。预设一个空载反电势E0，然后根据频率、每极磁通和绕组系数来确定每相串联匝数N，进而计算每槽导体数Ns。同样，预设一个定子槽深，然后根据槽满率、每槽导体数和槽宽计算线径。这样，电机的基本参数已全部确定，能够用来计算电机的热负荷。若热负荷不满足预设，可通过调整槽深hs，最终满足电机的热负荷需求。
优化
经过上述三个部分，即可得到该预设E0下电机的输出转矩。通过调整E0，即可得该外径下能够得到的最大转矩。若最大转矩也不满足实际需求，则需要增加外径，然后重复上述步骤，直到最优解。
总结
本文以单定子单转子盘式电机为例，简要介绍了盘式电机的设计流程。该设计流程同样适用于其他类型盘式电机，能为盘式电机电磁设计师提供参考。
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