近些年来,随着环境污染、石油危机的加剧以及人们生活水平提高后对更高生活质量的追求使得新能源技术逐步得到人们的关注。风力发电和电动汽车分别作为新能源技术中新能源发电技术、新能源交通工具技术的最主要组成部分,日益成为研究开发的重点。无论风力发电还是电动汽车,电机是其关键组成部分,电机性能的优越性在一定程度上决定了风力发电和电动汽车技术的优越性,因此开发出更符合风力发电和电动汽车驱动的高性能电机成为新能源技术研究的重要课题。低速直驱风力发电技术和低速直驱电动汽车驱动技术是风力发电和电动汽车的重要研究方向,对提高这一新能源技术的发展进步具有重要意义,由此,低速直驱电机技术成为新能源技术研究的重点。永磁电机特别是永磁无刷电机由于高性能永磁材料和电力电子技术及控制技术的进步而具有比其他类型电机更高的功率密度、转矩密度和运行效率,同时永磁电机还具有很好的低速直接驱动能力,因此永磁电机成为低速直驱风力发电和电动汽车驱动的必选电机,这不但包括普通径向磁场、采用分数槽集中绕组的永磁电机,还包括普通轴向磁场的永磁电机,更包括具有新结构原理的横向磁通永磁电机,这三种电机各具特色,具有不同的优越性和缺陷,第一、第二种永磁电机已经得到了很好的研究和开发应用,后一种电机尽管具有良好的潜在性能,但由于结构复杂而还未能得到很好的应用。基于上述三种永磁电机,本文提出一种新型的永磁无刷电机——新型轴向磁场横向磁通永磁电机,该电机充分利用了上述三种永磁电机的优点,而尽可能地避免了各自的缺点,在风力发电机、电动驱动等直驱应用场合具有更大的优越性,具有很好的潜在应用价值,主要包括以下主要内容：1、新型轴向磁场横向磁通永磁电机的提出、结构原理及特点结合普通径向磁场分数槽集中绕组永磁无刷电机、轴向磁场永磁无刷电机、横向磁通永磁无刷电机提出一种新型的轴向磁场横向磁通永磁无刷电机,该电机转子主要由轴向充磁的10极扇形永磁体构成的圆盘构成,定子由12个独立的C型定子铁芯及其上的线圈构成,12个定子铁芯均匀分布于转子盘圆周,并且C型定子铁芯的两端齿极正对转子盘磁体,12个定子线圈按三相10极12槽分数槽集中绕组电机的方式相互连接组成三相对称绕组。可以看出,该种电机的气隙磁场是轴向磁场,具有轴向磁场永磁无刷电机高转矩密度／惯量的优越性,采用了三相10极12槽结构,具有该极槽配合分数槽集中绕组永磁无刷电机所具有的高基波绕组系数、低端部绕组长度、低齿槽转矩脉动的特点,同时具有了横向磁通电机所特有的电、磁负荷独立设置及高容错能力的特点,避免了横向磁通电机铁芯结构复杂、难以采用普通叠压硅钢片的缺陷。2、轴向磁场永磁无刷电机磁网络模型建立及其漏磁系数的解析计算研究漏磁系数在永磁电机的电磁设计中具有重要意义,解析估算漏磁系数是永磁电机电磁设计的必然步骤。本文所提出的新型轴向磁场横向磁通永磁无刷电机的漏磁系数随转子永磁体极与定子齿极的不同位置而具有很大的变化,由于该种电机转子磁体和定子齿极一般分别采用扇形和矩形结构,这对其不同转子位置处的漏磁系数的解析计算带来很大困难。所幸的是,在进行该种电机的电磁设计时,只需预估该种电机转子磁体极中心线与定子齿极中心线重合时的漏磁系数即可,而在这一位置时的漏磁系数与普通轴向磁场永磁无刷直流电机的漏磁系数相差不大,因此本章解析计算普通轴向磁场永磁无刷直流电机的漏磁系数。根据轴向磁场永磁无刷电机的三维电磁场的分析计算结果,建立了其等效磁网络模型,得到其漏磁系数的解析表达式。对一给定的样机电机,建立了其三维场有限元模型,人为改变相关参数,进行解析计算结果和有限元计算结果的比较；针对样机电机,基于解析计算结果得到的漏磁系数,进行样机电机永磁电动势的计算,并与样机电机永磁电动势的三维有限元计算结果和实验结果进行了比较。通过样机电机的三维场有限元计算和实验实测,验证了本文提出的轴向磁场永磁无刷电机磁网络模型及由此得到的漏磁系数解析计算方法的正确性。3、基于永磁体体积积分的新型电机的永磁相电动势波形的解析计算永磁电动势大小和波形在电机的性能分析和电磁设计中具有重要意义,解析分析计算和电磁场的有限元分析计算是计算永磁电机永磁电动势波形的两种基本方法,显然对本文提出的新型轴向磁场横向磁通永磁无刷电机来说,三维电磁场的有限元方法只能用于最终结果的校核和确认,而很难用于初始分析和设计。通用的解析计算永磁电机永磁电动势波形方法,需要求得永磁气隙磁密的分布,对本新型电机,转子磁体采用扇形结构,定子齿极为矩形结构,很难精确求得永磁气隙磁密波形,为此提出采用对转子磁体进行体积积分的方法,进行该种电机的永磁电动势波形的解析计算,并基于这一解析计算,进行该种电机永磁电动势波形的优化计算研究。(1)鉴于本新型电机的特殊结构,提出采用对永磁体体积积分的方法解析求解该种电机的永磁电动势波形,给出该种方法求解永磁电动势解析表达式的步骤；(2)基于永磁体体积积分的方法解析求解了新型电机的永磁电动势,通过样机电机的电磁场有限元计算和实验验证了所求得的新型电机永磁电动势解析计算的正确性；(3)基于解析求得的电机永磁电动势,以永磁体的极弧系数、等变量为优化变量、以正弦波形畸变率为目标函数,并施加一定的约束条件,采用细菌觅食算法进行永磁电动势波形的优化设计研究。4、建立了该种电机的动态磁路网络模型,采用磁网络法对该种电机的负载特性进行分析,解析计算了该种电磁转矩,并由电磁场有限元方法和实验方法进行了验证。(1)为简化该种电机的负载解析计算,将转子扇形截面磁体等效为矩形截面磁体,并定义永磁体磁密波形矫正系数,提高电机负载解析计算的精度。(2)基于新型电机三维电磁场有限元的分析计算结果,确定电机关键临界定转子的相对位置,将电机一个极距运行范围分成9段,分别建立电机的动态磁网络模型,计算各动态磁网络模型的气隙磁阻,联立各磁网路组成的磁网络方程；(3)基于上述建立的动态磁网络模型和磁网络方程,采用id=0控制,解析求解出磁链波形和转矩波形；(4)建立了新型电机的负载电磁场有限元模型,进行了id=0的负载特性计算,验证了电机磁链和电磁转矩的解析计算,证明了前述动态磁网络模型及负载解析计算方法的正确性。5、推导建立了新型轴向磁场横向磁通电机的功率-尺寸方程,由此预估该种电机的主要结构尺寸,给出了该种电机电磁设计的步骤,并进行了样机设计和样机制作和实验研究,实验结果验证了所给出的电磁设计方法的正确性。(1)结合轴向磁场横向磁通永磁电机的结构特点,推导出电机功率与电机效率、运行速度、电磁负荷及几何尺寸的关系,给出轴向磁场横向磁通永磁电机磁路计算的步骤和各步骤中参数的计算方法；(2)通过预估电机效率及电磁负荷等参数并结合电机动态分析的结果得到样机的初始尺寸,通过磁路计算和有限元验证,给出样机的设计方案并制造出样机；(3)对样机电机进行实验研究,验证了所给出该种电机电磁设计方法的正确性。