摘 要：介绍了外转子永磁电机和外转子感应电机两种外转子电机及特点，详细介绍了国内外科研人员在设计两种电机时的不同设计方法，并对比了各种方法的优缺点。最后介绍了外转子电机在近年来市场中的两种应用，阐述了外转子电机的发展方向。
关键词：外转子电机；外转子感应电机；外转子永磁电机
0 引 言
外转子电机的定子在内，转子在外，其转动惯量大、转矩脉动小，可直接驱动，运行时提供较大转矩且可省去传送机构，近年来在电机行业逐渐受到重视[1-2]。本文介绍了外转子永磁电机和外转子感应电机的特点，总结其优势和不足，针对外转子电机的设计方法的关键和核心问题进行了讨论，介绍了外转子电机的两种应用，对未来外转子电机的发展具有很重要的参考价值。
1 外转子电机类型及特点
外转子电机主要分为外转子永磁电机和外转子感应电机，下面对其特点进行论述。
外转子永磁同步电机的优点主要有低速大转矩、体积小、低噪声，与比感应电机相比，外转子永磁电机可靠性较差、容量小、结构复杂，设计不当或使用欠妥，会使电机的性能大大降低，严重时甚至无法正常运转。永磁电机的永磁体材料价格昂贵，造成了电机的成本大大提高。
外转子感应电机优点主要是可靠性较高、结构简单、可高转速运行，且与
永磁电机相比，成本较低、更易维修且不存在退磁问题，故研究外转子感应电机十分必要。外转子感应电机的缺点主要是调速性能稍差，轻载时功率因数低，功率因数相对滞后。
2 外转子电机设计方法
2.1外转子永磁电机设计方法
外转子永磁电机的设计方法主要有等效磁路法[3]、电磁场数值解法[4]、场路耦合法[5]，下面对其进行介绍。
等效磁路法是假设磁场均匀，将磁通流过的区域等效成电流流过的闭合回路的电路，永磁体的磁动势等于外电路磁动势的等效方程。此方法快速简单易上手，步骤成熟。但由于设计过程中要选取大量的经验公式和经验系数，设计准确度不能保证。
电磁场数值解法即是有限元法。其计算精度高、适用性强，剖分灵活，解决一些复杂的几何图形和各种边界条件十分方便。但电机的磁路饱和、漏磁等因素解析式难以精确的体现，过度简化可能导致精度偏低，且此方法计算复杂，对计算机的性能要求较高，一般在要求精度较高的设计中使用。
场路耦合法即将上述的等效磁路法与有限元法进行结合后开展设计。首先运用等效磁路法快速对电机进行初步计算，再使用有限元法对设计进行对比分析，优化完善，不仅大大减少计算工时，同时使设计的电机更加准确。
国内外近几年的设计多采用场路耦合法，均取得了较好效果。
2.2外转子感应电机设计方法
外转子感应电机的设计方法主要有传统设计方法、基于转矩迭代法[6]、场路耦合法，下面对其进行介绍。
传统感应电机的设计方法根据用户提出的技术要求，从计算定子尺寸开始，包括磁路计算、参数计算、工作性能计算和起动性能，经过四次含嵌套循环迭代，最终得到电机的主要尺寸、主要参数和性能指标。计算过程清晰明确，但由于计算中要使用大量的经验公式，准确性有所降低。
基于转矩迭代法[6]根据转子外径和转子内的磁场可以确定转子的具体尺寸，得到转子电流，根据转子电流和转子内磁场的关系得到电机转矩，随后确定转子的槽型尺寸等参数。其设计较少依赖经验公式，循环迭代次数仅需转矩迭代一次，对于新手十分方便快捷。
外转子感应电机的场路耦合法即利用上述基于转矩迭代法设计电机后，运用电磁场数值解法即有限元法进行结合后进行电机设计的方法，由于准确性高经常被使用。
3 外转子电机的应用研究
3.1外转子电机在汽车行业的应用
近年来电动汽车迅猛发展，外转子电机凭借其优势可以更好的作为电动汽车的关键核心部件。其作为驱动电机具有高能量密度、小转矩脉动、宽调速范围的特点，不存在励磁损耗，电机效率高。由于特殊的外转子结构，安装时可直接装入车轮，节约空间，可很好的实现电动汽车四轮驱动。
3.2外转子电机在电梯行业的应用
在电梯行业中，由于电梯曳引机在运行时需要不断起动、制动，负荷变化较大，故要求所用电机具有足够大转矩，可以随载重变化可以平稳运行。外转子电机相对于内转子电机，在相同体积的情况下，气隙半径更大，便于电机减小损耗、降低噪音，产生更大转矩，体积较小，运行时可产生更大的转矩密度。
4 结 论
外转子永磁同步电机具有低速大转矩、体积小、低噪声，更高的效率和功率因数，更易调速。外转子感应电机可靠性较高、结构简单、可高转速运行等。因此外转子在一定程度可提升电机的相关性能。设计方法方面，外转子永磁电机的场路结合法设计更为准确且应用更为广泛。外转子感应电机的基于转矩迭代法设计更为便捷，适用于新手。
外转子电机的发展代表了特种电机的重要发展方向，对于一些行业如电梯、电动汽车的发展具有重要的理论意义和实用价值。但外转子电机仍然面临很多问题亟待解决，且发展与国外还是存在差距。要实现外转子电机的大规模应用，还需众多学者在关键问题技术的不断突破，相信外转子电机会拥有更广阔的市场前景。
参考文献:
[1] 刁星鹏. 车用外转子永磁同步电机宽域高效设计与分析[D].重庆大学,2018.
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[5]严登俊,刘瑞芳,胡敏强，等．处理电磁场有限元运动问题的新方法[J]．中国电机工程学报, 2003, 23(8):163-167．
[6]徐永明，蒋秋男．煤矿传送用外转子感应电机设计[J]．黑龙江大学自然科学学报．2017. 02.004