特殊结构稀土永磁电机的应用及研究热点目前，高转矩密度直接驱动电机成为永磁电机开发的一个热点，提高电机材料的利用率，减小永磁电机的自定位力矩变得重要起来。
能够改善电机性能的双定子电机也日益成为研究的焦点。
一、双定子永磁电机
双定子电机是指具有两个定子的电机。
用作电动机时,两个定子上的有功电流所产生的电磁转矩共同作用于转子产生机械功；用作发电机时,转子旋转时两个定子同时输出感应电压。
此类电机具有精度高、响应快、加速度大、转矩波动小、过载能力高、机械集成度高、电机结构材料利用率高和驱动控制系统灵活多样等优点,在作业空间有限的条件下,可以大大减小机械系统的体积和重量,提高系统的精度和动态性能，因而在数控机床、电动车、机器人、雷达跟踪等领域具有广泛的应用前景[1]。
双定子永磁电机由于具有内外两个定子，而且内外定子磁场相互藕合，电枢反应引起的磁场变化相对普通电机更加复杂，需要准确地进行磁场计算才能对双定子永磁电机进行精确的分析。
双定子永磁电机根据两个定子的相对位置关系可以分为同心式和并列式[2]。
（1）同心结构双定子电机
同心结构双定子电机以杯形转子结构电机应用得最为普遍，同心式双定子永磁电机如图1所示，双定子永磁电机存在内外两个气隙,气隙长度约为单定子电机的两倍,因此永磁体的设计对电机的性能有重要影响,为了获得足够的气隙磁密,选用磁性能较高的钕铁硼永磁材料,并适当增加永磁体磁化长度。
另外,双定子电机的永磁体固定在杯型转子上,转动旋转时永磁体承受较大的离心力,所以在其内外侧加装护套。
图1同心结构双定子电机
同心式双定子电机具有内外两个定子来放置导线，所以它能比普通单定子电机提供更大的线负荷，可以在相同的体积下，产生更大的转矩，提高电机的材料和空间的利用率；即使提高单定子电机的线负荷到与同心式双定子电机相同，双定子电机具有更小的槽漏抗。
同心式双定子电机具有了低惯量、大转矩的特点，在机器人关节驱动电机、电动车的轮毂驱动电机中已经开始应用，低惯量使得双定子电机在驱动过程具有更小的惯量，能达到更高的位置精度和角分辨率。
同心结构双定子电机又分为两种形式，一种是径向磁通电机，一种是（切）横向磁通电机[3]。
图2 双定子永磁无刷直流电动机
文献[4]研究了双定子永磁同步电机的齿槽转矩减少设计方法，基于能量法和傅立叶变换推导了该电机合成齿槽转矩的解析表达式,分析得出合成齿槽转矩幅值呈余弦变化规律,幅值大小与内外定子的齿槽转矩的相对大小有关,周期与槽数和极数的最小公倍数有关。
通过合理选择内外定子相对位置,可以有效削弱齿槽转矩。
（2）并列式结构双定子电机
并行结构双定子电机是指两个定子并行放置，并列式双定子结构电机主要是指具有轴向磁通的盘式电机，如图3所示。
其定子铁心分有齿槽和无齿槽两种,有齿槽定子加工时采用专用的冲卷床,使铁心的冲槽和卷绕一次成型,既提高了硅钢片的利用率,又降低了电机的损耗。
盘式双定子永磁电机的的转动惯量非常小，而且具有很好的散热条件；同时采用双定子结构也改善了原来的单定子转子受到轴向单边磁拉力造成的结构变形，也增加了电机的出力，提高了电机材料的利用率[5]。
图3 并列式结构双定子电机
二、双转子永磁电机
双转子电机具有2个机械轴，可以实现2个机械轴能量的独立传递。
这种新型电机极大的减小了设备的体积和重量，提高了工作效率，能很好的满足节能和调速的要求，有着优越的运行性能，因此，在许多领域有着很好的应用前景。
目前，理论较成熟的的双转子电机主要有四种：双转子同-异步电机、鼠笼式双转子电机、对转双转子永磁电机和永磁无刷双转子电机[6]。
异向旋转双转子永磁电机如图4所示，其外转子上电枢绕组，内转子由于安装有永磁体。
永磁体磁场与电枢绕组所产生磁场相互作用，产生电磁转矩。
由于两个转子机械轴是相互独立的，两转子之间产生大小相等、方向相反的电磁力矩使得内、外转子以相反的转速转动。
这种电机具有转速高、质量轻、尺寸小并且能够改善电功率因数等优点[7]。
图4 异向旋转双转子永磁电机
三、双凸极永磁电机
开关磁阻电机（SRM）是近年来随着电力电子技术和控制技术的发展而逐渐完善起来的一种新型调速电机。
由于SRM定转子均为凸极实心叠片结构，定子上绕有集中绕组，转子上无绕组、永磁材料及鼠笼线圈，具有结构简单坚固、成本低、可靠性高的特点，因此在许多工业调速领域获得了广泛应用。
SRM的转子结构可以承受很高的机械应力，特别适合高转速要求，能适应高温等恶劣环境，在航空航天、高速加工等高速/超高速领域应用具有独特优势。
对开关磁阻电机的研究除了振动和噪声、温升计算与散热、无位置传感器技术外，还有新结构电机的和新型控制电路。
美国Wisconsin-Madison大学提出一种新型双定子、双凸极永磁电动机(DSPM),如图5所示。
该电机具有高功率密度和效率,结构简单鲁棒。
将两个单相DSPM电机的两个转子同轴联接,两个定子位于同一个机壳内。
一个电机的定子或转子相对于另一个电机移动45°,电路上,变成一个两相DSPM电动机。
在这种情况下,当一个电机处于完全对齐的位置时,另一个电机位于半对齐位置。
两相绕组相位差90°电角度。
由于磁阻转矩脉动的频率是电流的两倍,两个绕组产生的磁阻转矩相差180°,能够从根本上相互抵消,从而解决了该类电动机不能自起动的难题。
由于这种新结构电机有两套定、转子铁心,它们之间无电磁耦合,因此两套定子之间必须提供充分的绕组空间,这就造成此类电机的轴向尺寸过长,且额外的端部绕组势必增加铜耗,此外漏磁通也相对较高。
但从功率密度和效率方面的改善考虑,在小功率电机领域,双定子双凸极电机驱动与传统交流驱动相比,有竞争优势[8]。
图5 双定子、双凸极永磁电动机
参考文献
[1] 王洪莹，严欣平，黄嵩，隋天日. 电动摩托车用双定子永磁电机设计及其转矩分析[J].微电机，2011，1（44）：7-10
[2] 柴凤，崔淑梅，程树康. 双定子电机的发展状况及展望[J].微特电机，2001，5：23-27
[3] 张东.新型双定子永磁电机的设计与研究[D].上海大学工学博士学位论文.2007
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[6] 庞珽，黄声华，黄晓辉.双转子电机及其典型应用[J].微电机，2007，40(2)：66-69.
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[8] 李永斌，江建中，邹国棠．新型定子双馈双凸极永磁电机研究[J].电机工程学报，2005，1（25）：120-124。