为何无刷直流永磁电机选用分数槽绕组？又如何分析？

在一次技术交流会上，入职不久的小S一脸不解地问Ms.参，“为何无刷直流永磁电机要选用分数槽绕组？”这一问题Ms.参也曾一度疑惑，小S这么一问，Ms.参早已酝酿在心的答案突口而出：“直驱、紧凑”。

无刷直流水磁电动机应用

无刷直流水磁电动机被广泛地用于视听设备、计算机外部设备和情报信息机械等领域。在这些领域内，无刷直流永磁电动机大多采取多极薄饼式外转子结构，电枢绕组大多采用分数槽绕组。为何如此呢？缘由在于多极薄饼式结构能使电动机的结构紧凑，性能提高，满足用户的高精度要求；而采用分数槽绕组，主要因其拥有电枢冲片齿槽数少、每齿一个集中线圈、端部短、齿槽效应引起的力短脉动小等独特优势。

●电枢冲片齿槽数少

少槽多极数是分数槽绕组最突出优点，一定程度上可以减少槽绝缘所占的空间，提高铜铁等有效材料的利用率，且使电枢冲片和铁芯制作变得简单容易。

●每个齿上绕制一个集中线圈

一般情况下，无刷直流水磁电动机的电枢绕组第一节距y=l，即每个齿上绕制一个集中线圈，可采用自动绕线机绕制，可以显著提高生产效率，降低电动机的制造成本。

●显著地缩短电枢线圈端部长

因跨距小，电枢线圈端部长可显著缩短，节省铜材，可减小电枢的漏抗、增加电动机的出力，提高灵敏度和效率。

●齿槽效应引起的力短脉动小。

分数槽绕组实现裂磁极对与磁极对之间的分布，可有效减少齿槽转矩。

实例分析分数槽绕组

以“相数m=3，电枢槽数Z=9、转子永磁体磁极数2p=8”无刷电机常用极槽数为例，谈谈极槽数为8/9的双层叠绕组的磁势、连接方式。

● 相邻两槽间夹角

设相邻两槽电气夹角为α，则

α=p×360/Z=4×360/9=160°

●电枢绕组磁势星形图

如图1所示，为9槽、8极电机磁势星形图。

图1

电枢绕组第一节距y=1,几何上为每齿绕绕一个一个线圈的集中绕组，两线圈边间磁势轴线间夹角即相邻两槽电气夹角为α=160°，短距系数为

ky = sin(y/τ*90º)

              = sin[1÷(9÷8)×90º]

              = sin(80º)=0.98

●电枢绕组连接方法

由图1可见，本电机由t=1个虚拟单元电机组成。第1、第2和第9齿上的第1、第2和第9个线圈组成U相，第4、第5和第3齿上的第4、第5和第3个线圈组成V相，第7、第8和第6齿上的第7、第8和第6个线圈组成W相，第1、第4和第7槽矢量可分别看作为为U相、V相和W相合成矢量方向，则U相由第9线圈头与第1线圈头相连、第1线圈尾与第2线圈尾相连构成，V相由第3线圈头与第4线圈头相连、第4线圈尾与第5线圈尾相连构成，W相由第6线圈头与第7线圈头相连、第7线圈尾与第8线圈尾相连构成，等效每极每相槽数q₀=3, 等效槽距角α₀=20º，分布系数为 

 kp = sin(q_0*α₀/2)/q₀sin(α₀/2)

= sin(3×20º/2)÷[3×sin(20º/2)]

= 0.5÷0.52=0.96

● 绕组系数

绕组系数kw=ky·kp=0.98×0.96=0.94。 

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