05.10 為何無刷直流永磁電機選用分數槽繞組？又如何分析？

在一次技術交流會上，入職不久的小S一臉不解地問Ms.參，“為何無刷直流永磁電機要選用分數槽繞組？”這一問題Ms.參也曾一度疑惑，小S這麼一問，Ms.參早已醞釀在心的答案突口而出：“直驅、緊湊”。

無刷直流水磁電動機應用

無刷直流水磁電動機被廣泛地用於視聽設備、計算機外部設備和情報信息機械等領域。在這些領域內，無刷直流永磁電動機大多采取多極薄餅式外轉子結構，電樞繞組大多采用分數槽繞組。為何如此呢？緣由在於多極薄餅式結構能使電動機的結構緊湊，性能提高，滿足用戶的高精度要求；而採用分數槽繞組，主要因其擁有電樞衝片齒槽數少、每齒一個集中線圈、端部短、齒槽效應引起的力短脈動小等獨特優勢。

●電樞衝片齒槽數少

少槽多極數是分數槽繞組最突出優點，一定程度上可以減少槽絕緣所佔的空間，提高銅鐵等有效材料的利用率，且使電樞衝片和鐵芯製作變得簡單容易。

●每個齒上繞制一個集中線圈

一般情況下，無刷直流水磁電動機的電樞繞組第一節距y=l，即每個齒上繞制一個集中線圈，可採用自動繞線機繞制，可以顯著提高生產效率，降低電動機的製造成本。

●顯著地縮短電樞線圈端部長

因跨距小，電樞線圈端部長可顯著縮短，節省銅材，可減小電樞的漏抗、增加電動機的出力，提高見敏度和效率。

●齒槽效應引起的力短脈動小。

分數槽繞組實現裂磁極對與磁極對之間的分佈，可有效減少齒槽轉矩。

實例分析分數槽繞組

以“相數m=3，電樞槽數Z=9、轉子永磁體磁極數2p=8”無刷電機常用極槽數為例，談談極槽數為8/9的雙層疊繞組的磁勢、連接方式。

● 相鄰兩槽間夾角

設相鄰兩槽電氣夾角為α，則

α=p×360/Z=4×360/9=160°

●電樞繞組磁勢星形圖

如圖1所示，為9槽、8極電機磁勢星形圖。

圖1

電樞繞組第一節距y=1,幾何上為每齒繞繞一個一個線圈的集中繞組，兩線圈邊間磁勢軸線間夾角即相鄰兩槽電氣夾角為α=160°，短距係數為

ky = sin(y/τ*90º)

= sin[1÷(9÷8)×90º]

= sin(80º)=0.98

●電樞繞組連接方法

由圖1可見，本電機由t=1個虛擬單元電機組成。第1、第2和第9齒上的第1、第2和第9個線圈組成U相，第4、第5和第3齒上的第4、第5和第3個線圈組成V相，第7、第8和第6齒上的第7、第8和第6個線圈組成W相，第1、第4和第7槽矢量可分別看作為為U相、V相和W相合成矢量方向，則U相由第9線圈頭與第1線圈頭相連、第1線圈尾與第2線圈尾相連構成，V相由第3線圈頭與第4線圈頭相連、第4線圈尾與第5線圈尾相連構成，W相由第6線圈頭與第7線圈頭相連、第7線圈尾與第8線圈尾相連構成，等效每極每相槽數q0=3, 等效槽距角α0=20º，分佈係數為

kp = sin(q0*α0/2)/q0sin(α0/2)

= sin(3×20º/2)÷[3×sin(20º/2)]

= 0.5÷0.52=0.96

● 繞組係數

繞組係數kw=ky·kp=0.98×0.96=0.94。

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