极弧系数及绕组结构的分析和确定

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     矩形波永磁同步电动机的绕组相数可选2相、3相……直至15相，但应用较多的是3相或4相，文献[28]提出了一种用于电动车的5相矩形波永磁电动机，并阐述了这种多相电机的优点。通常，相数的选择应考虑到：①绕组的利用率；②驱动控制电路的复杂程度；③转矩脉动及成本等问题。相数越多，转矩脉动则越小，但控制电路的复杂程度和成本将随之增加。一般情况下，5相以上的相数用得较少。总之，确定相数的原则是：功率越大，相数可选择越多；转速越高，相数应选择越少，电机的相数和极数是有一定内在联系的。
     相邻两槽间的距离与极距之比为分数时，构成分数槽绕组。这种分数槽电机的极数(2P)与定子槽数(Q)之间存在2P=Q±2的关系；这种极槽配合使得定、转子间的电磁力在
      任何转子位置上均相等，有效地减小了自定位转矩。当电机具有m相绕组时,电机定子的第三章  外转子无刷直流电机的尺寸确定 槽数就是4mk（k=1,2,3,…），则电机的极数为4mk±2。分数槽有许多优点，特别是在直流无刷电机里一般都采用分数槽。如在某些一定要采用整数槽的场合，则定子槽最好采用斜槽形式。即把定子硅钢叠片上下两端错开一个槽的位置，否则，会产生定子的齿同转子磁钢相吸而对齐的现象，从而对直流无刷电动机的运行特性产生很不利的影响。 基于以上考虑，结合参考文献，取P=14，m=3，Q=42。
      极弧系数及绕组结构的分析和确定
      采用径向充磁更容易得到较均匀的气隙磁场。如采用平行充磁，特别是极数越少，磁场越不均匀，当极对数为1时，磁场近似为正弦分布。径向充磁时，磁极端面漏磁比平行充磁大一些。
      一般，永磁体磁场的分布波形为梯形波，假定该梯形波磁场的平顶宽度为γ (弧度)，相绕组的线圈跨距为β (弧度)，则满足下式时才能产生平顶宽度为120°的相电势波形。 式(3-2)是永磁无刷直流电机永磁体提供磁体和绕组设计的一个基本依据。增大电机磁体的极弧系数有利于提高永磁体气隙磁密的平顶宽度。从上式可以看出，增大电机的极弧系数并采用集中式绕组，更容易满足产生理想相电势波形的条件。但值得注意的是，采用集中式绕组，对削弱齿槽转矩和散热不利。 在转子磁场波形为矩形波时，要使电磁转矩波动为零，转子极弧宽度必须满足： 通电绕组和磁场之间的相互作用是电动机内部机电能量转换的主要媒介，离开了绕的具体结构及联接方式，就很难讲清楚电动机内机电能量转换的基本过程，对感应电动势、电路参数和电磁转矩等基本问题，也会感到空洞。
      在无刷直流电机内，绕组可分为单层绕组和双层绕组；单层绕组的优点是槽内只有一个线圈边，嵌线方便，可提高工效，不像双层绕组需要层间绝缘，因而提高了槽满率，且没有层间绝缘的击穿问题，提高了电动机的可靠性。单层绕组的缺点是不能同时采用分布的任意节距的办法来有效抑制谐波，不能很好地利用空间，且绕组端接部分不能平整地排列。双层绕组一般都采用短距绕组，其节距为极距的0.8倍左右，以使其5次和7次谐波的影响同时削减到比较小，这样既改善了电动机的电磁性能，又可以节省材料（因为绕组的端部接线缩短了）。当采用分布式绕组时，除了可以更好地利用空间、改善散热条件外，还有一个好处，就是分布式绕组改善了合成转矩的波形。 双层绕组可分为单叠绕组和单波绕组两种基本形式。
       叠绕组的优点是，短距时端部可以节约用铜；缺点是，各相绕组之间的联线较长，极数多时较费铜。叠绕组一般为多匝导线，主要用于电压、额定电流不太大的中、小型电动机定子绕组中；波绕组比较适合用于几十千瓦以下的电机。有时还采用一种单双层绕组，它是由双层绕组演变而来的。
      单双层绕组具有双层绕组的可采用短距绕组的特点，它能够改善电动机的电气性能；同时，它又有一部分是单层绕组，这部分绕组具有不要层间绝缘、嵌线工艺方便等单层绕组的优点。在方波驱动的无刷直流电动机中，为了得到较大的输出力矩和减小转矩脉动，则气隙磁场为矩形分布，绕组为集中式、整距绕组为最佳。