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1、定子 转子、 永久磁铁 定子槽图1 新旧型无刷电机的比较a)定子分布绕组 b)定子集中绕组1 2 3 4 5 6A B C X YZ 图2 整数槽集中绕组连接图集中绕组永磁无刷电动机因数减小， 定子磁动势中谐波含量增加及定子齿、 槽对磁 场分布的影响增大， 使电动机的脉动转矩增大。 本文将针对集中绕组的特点， 重点介绍其绕组构成及电动机转矩的计算方法。永磁无刷电动机的应用永磁无刷电动机由于使用了高性能永磁材料做磁极， 体积小、 重量轻、 效率高， 其转矩特性与直流电动机一样， 具有调节控制方便、 调速范围广、 动态响应快等特点。 因 此， 愈来愈受到重视， 它不但能代替一般的直流电动机使 用，
2、 而且在数控机床、 加工中心、 智能机器人等要求高精度 的应用场合， 可作为交流伺服电动机。 随着家电工业的发 展， 由于永磁无刷电动机在较大的转速范围内可以获得较 高的效率， 更适合家电变频的需要。 在空调、 冰箱、 洗衣机 等产品中， 逐步由常规的单相异步电动机驱动而向永磁无 刷电动机变频调速发展。 因此可以看到， 永磁无刷电动机 有广阔的发展前景。近些年来， 永磁无刷电动机在绕组结构方面， 有了显著的改变， 就是从原来常用的三相分布绕组改为三相集中绕组。集中绕组永磁无刷电动机的绕组构成典型的集中绕组 典型的集中绕组是电动机1对极内只有3个定子齿、 槽， 定子槽数Q与极对数p的关系为Q/p
3、3， 3个齿上套3个线 圈， 分别属于A、 B、 C三相。 多对极的电动机， 具有p组线 圈， 可以将他们串联或并联构成三相绕组。图2为极对数p2、 定子槽数Q6时三相绕组的连 接图， 图中表示2对极下有2组三相线圈， 把每相的2个线 圈串联构成了三相绕组， 其中1、 4线圈串联后构成A相， 2、5线圈串联构成B相， 3、 6线圈串联构成C相。这种绕组的节距为短距， 节距系数y2/3 ； 相邻两槽的电角度p360/ Q120 ；可以计算电动机的短距因数K siny/20.866 ；p1 分布因数K 1(因为是集中绕组)；图1a为三相分布绕组， 它的定子槽数多， 绕组节距接近 一个极距。 图1b
4、为三相集中绕组， 它的定子槽数少， 每对极只有3个槽(甚至更少)。 每相绕组集中放置在相邻的2个槽内， 绕 组节距接近2/3 。集中绕组的优点是绕组端接部分缩短， 导线用量减少，绕组线圈电阻降低， 铜耗减少， 电动机效率提高， 制造周期d1绕组因数K K K 0.866。dp1 p1 d1 可见， 其绕组因数较低， 对电动机的感应电动势及基 波磁动势削弱较多。 为了提高绕组因数， 常采用分数槽集 中绕组。分数槽集中绕组这种绕组的特点是电动机每对极内包含的槽数小于3，20 1 2318 516 714 912 1110 138 156 174 19 2 21图3 线圈电动势向量图1 2 3 4
5、5 6 7A X 图4 分数槽绕组一相绕组连接图绕组节距极距 节距系数y 1；1 21 / 22 ；y y /22 / 21。1 首先画出定子上线圈产生的电动势向量图， 见图3。 图3中表示21个线圈产生的电动势向量， 如果把双数的 电动势向量反向， 如图中2线圈产生的电动势向量为2号， 则 反向的电动势向量为2号， 它将位于1、 3两个电动势向量 之间。 共可得到10个反向电动势向量。 将11个正向电动势 向量和10个反向电动势向量分为对称的三组， 每组串联即可 组成对称的三相电动势。A 相由 1、 2 、 3、 4 、 5、 6 、 7 等向量组成； B相由15、 16 、 17、 18
6、、 19、 20 、 21等向量组成； C 相由 8、 9 、 10、 11 、 12、 13 、 14等向量组成。根据电动势向量图3， 可以构成三相绕组， 图4表示A须是3的倍数， 即Q/3整数， 才能构成三相对称绕组。 这种绕组必须先画出槽导体电动势向量图， 才能确定线 圈如何分配构成三相对称的绕组， 举例说明如下 ：例：电动机的极对数p11， 定子槽数Q21， 画出 三相绕组图。 由于极对数多， 电动机的转速n60f / p272.73r/min， 是一种低速电动机。 定子上相邻两槽的电角度p360/ Q188.571430.1 /Nm 0.05脉动转矩 0a)0.05 0.10 1 2
7、 3 4 5 67 电角度/rad0.775 /Nm 0.725负载转矩 0.675 b)0.625 0.5750 1 2 3 4 5 67 电角度/rad图5 集中绕组永磁无刷电动机转矩波形图相绕组的构成， 同理可画出B相及C相。 以下计算绕组因数短距因数K siny /2sin22/21/20.997p1 分布因数由图3可知1与2 向量的夹角为 8.57143 ， 每组串联线圈数目q7sinq L1112Wm21)2 10QQQ2 式中 i 定子电流 ； 10L 定子绕组自感 ；11 永磁体在定自绕组中产生的磁链 ；122K 0.956qsin d1W 永磁体产生的电机内磁场能量。2 绕组
8、因数K K K 0.953。m2 第一项 ： 定子电流产生的磁阻转矩， 对表面永磁电动 dp1 p1 d1 可见， 分数槽绕组的绕组因数比整数槽时高得多。机， 转子转动时L 不变， 转矩为0， 对内埋式永磁电动机L11 会变， 可产生磁阻转矩。11集中绕组永磁无刷电动机的转矩分析第二项 ： 定子电流与永磁体产生磁链相互作用， 产生电动机的主转矩。 第三项 ： 永磁体产生的磁阻转矩， 转子转动时， 齿槽对永磁无刷电动机传动系统一般由逆变器、 永磁同步电动 机、 控制系统和位置传感器四部分组成， 逆变器的通电方式 往往采用三相六拍导通方式， 每一相绕组均导通120 、 断电60 、 然后再导通12
9、0 、 断开60 。 在这种通电方式下， 定 子绕组将产生1 个步进式的旋转磁场， 从而造成电动机的转 矩除平均值外， 还存在脉动转矩。对于集中绕组永磁无刷电动机， 由于每对极的定子槽数 很少， 在电动机转子转动时， 由于定子槽数开口引起的气隙 磁导变化影响较大， 因此这种电动机还存在由于定子齿、 槽 变化而引起的脉动转矩。对于一般永磁无刷电动机， 计算转矩的方法是将三相系Wm 变化将会产生脉动转矩。2 下面通过一个例子， 计算电动机的转矩 ： 1 台表面永磁的无刷电动机样机参数如下 ： 定子内径 ： D 80mm， 气隙i 长度 0.5mm， 铁心长L 40mm， 极对数 p 4， 定子 c
10、 槽数Q12， 定子齿度L 18mm， 定子槽宽L 2.94mm， ts 运行时定子每相安匝AT200A， 永磁体产生每极等效安匝F 800A，F 266A。m1m3 经计算， 可得到电动机的转矩波形如图5所示。图5a为考虑永磁体3次谐振磁动势作用下由于定子齿、槽变化产生脉动转矩。 对于永磁体基波磁动势， 它所产生齿、 槽脉动转矩为0。 图5b为电动机负载运行时考虑永磁体3次 谐波磁动势作用下产生的总电磁转矩， 它是在平均电磁转矩上叠加6次谐振脉动转矩。统转换到二相d-q坐标系统， 将定子电流分解为i 、 i ， 可得d q 转矩公式如下Tp i (L L )i i f q d q d q 式
11、中 永磁体产生磁链 ； f i 、 i 定、 转子电流的 d、 q轴分量 ；d qL 、 L d、 q轴电感。d q 转矩由2部分组成， 第1项为主转矩， 由定子q轴电流 与永磁体磁链作用产生 ； 第2项为磁阻转矩。 由于d、 q轴磁 阻不同产生。但是， 上述公式是计算了基波磁动势作用下电动机产生 的平均转矩， 不能计算电动机的脉动转矩， 对于集中绕组永 磁无刷电动机， 可采用由电动机磁场储能对转子位移的偏导数求得电动机转矩， 其表示式为WmTp 式中 p电动机极对数 ；W 电动机的磁场储能 ；可见， 集中绕组永磁无刷电动机由于谐波磁动势及齿、槽的影响， 会产生较强的脉动转矩。 在设计电动机时需要认 真考虑， 采取措施， 避免脉动转矩过大， 影响电动机运行性 能。 EAm 电动机的转子的位移角。 从上式公式出发可以推导出双边励磁(包括永磁体电动机) 的转矩公式file:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txtdf机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56
