分数槽集中绕组永磁交流伺服电机的定子磁势和绕组系数分析

分数槽集中绕组永磁交流伺服电机田园1，莫慧成2（1.西安交通大学，西安710049，2.西安微电机研究所，西安710777）摘要: 基于产生绕组电流的磁通势的基本原理，本文使用Matlab软件对几种​​常用的分数槽集中绕组单元电动机的定子磁势进行傅立叶级数展开，并获得各次谐波. 狭缝集中绕组的磁化波谱图. 通过频谱分析，得出了在集中分数槽中缠绕绕组的永磁交流伺服电机定子磁势的谐波分布规律. 根据磁势谐波谱分析分数槽集中绕组的绕组系数，得到绕组系数分布和绕组系数表. 它为分析和解决分数槽集中绕组永磁交流伺服电动机的其他问题奠定了基础，并为电动机的设计提供了依据. 关键词: 分数槽集中绕组永磁电动机磁通势绕组系数谐波分析CLC编号: TM351； TM3834文档识别码: A货号: 100I. 6848（2012）04.0001.07定子磁势绕组系数分析永磁伺服电机Lath分数槽集中绕组TIAN Yuanyuanl. 莫会臣92（1.西安医科大学，西安710049； 2. 西安微电机研究所，西安710077）摘要: 基于OH基本原理的绕组电流产生了磁动力. thipa-perdidFourierexexpansion磁动力电影预装永久磁铁ServoMotororfranceactual-sl. 集中注意力，tinyget集中注意力. 原动力. 谐波分布特性永磁sefvo电动机分数槽集中绕组通过频率频谱获得增益. 然后，分配属性wintering-fiancienning winteringfifficiet tabelle也获得. 本文提出了亚永久磁伺服电动机电机分数序列污染物的问题. ed support Kywolds: 分数槽cnconcentraldwinding;永磁电动机世界上的磁存储；清盘;

所谓的分数槽集中绕组是一种单层或双层绕组，其定子绕组跨度为Y = 1，并且定子每相每极的槽数为{<1. 由于y ＝ 1，因此为了提高绕组的利用率，通用电动机的槽数Z和极数2p相对接近. 通常，2p

1磁势分析假设电动机绕组相数为rrl，定子槽数为z，转子永磁体的极对数为P. 如果分数槽绕组式电动机的z和P分别为最大公因数￡，Z = Lei t，P =罐，即Z / p = Lei / po，则每极每相的槽数: ｑ = Z0 / 2rap. ，由Z0和风组成的电称为单元电动机. 为了简化分析，本文主要分析一些典型的常用单元电动机. 非单位电动机可以很容易地衍生成多个单位电动机. 分数槽集中绕组永磁交流伺服电机定子磁势的分析方法是利用计算量具软件绘制磁势的过渡形状，对波形进行傅立叶展开，最后得到磁矩的表达式和幅值谱. 合成的磁势. 具体过程如图1所示. 绕组磁st分析流程图1.1价圆的磁通势图2所示为一个线圈的匝数，线圈的螺距Y = 1磁场分布图，其中轴线圈的线圈位于原点= O旧. 副磁路的磁压降为零； （3）齿槽效应被忽略. 如果该单元电动机的定子槽的数量为Z0，则转子永磁体的极对数如下. 线圈的匝数是斑马线. 当正弦交流电通过线圈并且电流的瞬时值达到其正最大值时电机绕组分布系数，由线圈产生的磁通势波形是矩形波，其正负幅值不相等，但正负面积相等. ”由图3中的线产生的磁势波形，其中S1 = S2 + s）S2 = s]要获得单相绕组的磁势波形，我们必须首先获得定子绕组的连接方法电机.

首先，确定电动机到绕组的连接方法. 根据被遗忘的枕形定子绕组的齿形电势的星形周长，基于每个相中产生的合成电势最大的原理确定绕组连接方法. 以一个普通的八极九槽单元电动机为例，首先确定槽间距y星图（槽势星图），如图4所示. C环4八极九槽单元电动机的主磁星域2单线圈磁势分布图根据三相绕组对称原理. 为方便起见，对于三条线中的每条线，都应进行以下假设: 壅，果果: 线号为A褶，根据裙板（1）的最大合成磁势，电机磁路未饱和，也就是说，电机磁路是线性的；原理上，线圈2和9也必须是A相，并且定子和转子2和9（2）的磁导率是无限的，也就是说，流过线圈和1号线圈的电流方向相反. 万方数据，田园花园等: 带有分数槽集中绕组的永磁交流伺服电动机的定子磁势和绕组系数的分析. 因此，A相绕组的连接方式为: 1头1尾2尾2尾9尾9尾. 然后根据每个相绕组120的差异. 出于同样的原因，我们可以获得B相和c相绕组的连接. 图5是八极九槽单元电动机定子绕组的展开图之一. 图5当八相九槽单元电动机的A相电流为零时，电机绕组的展开图达到最大值，即= 1时，以该线圈的轴的位置为原点，并使用CAXA软件绘制出当A相电流达到正最大值时三相A线圈的磁势波形.

然后，可以在图中合成三个线圈的电势波形，以获得此时的A相绕组的电势波形. 以相同的方式，获得了八极九槽单元电动机的定子绕组的其他两相绕组的相电势波形和三相复合电势波形. 波形图如图6所示. Poison Ioncl9 9-5NrH9ik =，在1点钟，B相绕组的合成电势波形为99-9，t19i. = IM. = I 1此时的C相绕组复合电势波形Ic 1 4“ 2sV. --- W15 / 11 0h0 Maflab软件程序对A相绕组电势波形进行傅立叶级数展开...得到A-相磁势傅里叶展开式. 香附“ _x（_o.0607）c头等舱+ 9452c-'cm杆+手xo 9452 coc. s 50 + x x 5773c. “ c. s警察+争用0139c *” cos + + x（约0607）eco 80 + 4O. 0607厘米半+ 4（1399）cos半+ 4（n卷）m +报告（Q9452）cos词+一百4（n 9452）c *“ cos半+ 5773）c *” cos学习+ 4x（B99左右）c. “ cos学习+ wu lang cos” cos fu] = 100 3N_ [1墨水1 kcos 2对cmpa也是如此，并且可以获得B相和C相绕组的磁势的傅立叶展开式. Ik Motor的45卷Hong等. 长cos（tot + 120.

）cos（vo + 120. ）1.3在通过三相绕组的磁势的每次谐波扩展获得单位电机的三相复合磁势之后，对相应的谐波进行以下数学运算以获得三相合成磁势谐波表达式. 计划携带[cos] tcosI30 + COS（“ -1200）cos（shed-120. ）+ cos（tot + 120.）COS（v0 + 120.）] =（10）其中，i3I，\ = 1，2 ，3 ...，i = P.是基波谐波; i'P. 是次谐波; i = np. （n2）是整数谐波;通常，土壤是分数谐波. Po可以看出分数集中绕组定子电磁势谐波非常丰富，使用Madab软件处理三相复合电势谐波的每个谐波，以获得三相复合电势谐波的频谱图. 几个常见的单元电机定子绕组3相复合磁势谐波频谱图如图7所示. Il] l，4314 5 / {7/4 q'4 | 1，1 1j，{l 5/4 7/4 19/4 11“ 23” 2 / 4 2lIJl“ 30/4 48/4 522/4（b）八极九槽单元电机绕组磁势的谐波频谱（p = 3/8，Pg = 4，Z = 9）（C）十极9槽单元电动机绕组磁谐波频谱（q = 3 / 10，p =5. Z = 9）（d）十极十二槽单元的电机绕组的谐波电势谱（q = 2/5. P = 5，Z = 12）如果. 1.1，一一，tl one'j1 [5 7 ['77 -2，一25 7271: u1（e）bu四极{'八槽单元电机绕组磁势谐波频谱（ｑ = 3/7，（ P = 7，Z = 18）图7单元电动机绕组的电势谱2绕组系数分析2.1基波的绕组系数仍然以八极九槽单元电动机为例.

图4中显示了八极九槽单元，用于电动机的基波磁势星形网络. 参考牙齿磁势的星型周期，可以得到基波分量的短程系数，如下所示: 怀孕棒=（Lu）= si（但是（11COS sin sin 11）E，=-i- = ti J由于q =数字（1. 它可以等效于q'= c电机绕组分布系数，P 7 = P0的全长绕组的分布，则Z7 = 2rap'ｑ'= 2rapnc，2p'2po 27绕组基波的分布系数为: .g'aI'Q'Sin等Csin Xin（12）（13）（14）2.2谐波的绕组系数由于分数槽集中绕组的特殊性磁势谐波，不再适用传统的计算谐波绕组系数分布系数的方法，但是，短距离系数的计算公式仍然适用k = sin（n）（15）分数槽集中绕组的谐波不再像整数那么简单和均匀槽绕组分布系数. 只能通过其他方法来计算分数槽集中绕组谐波的绕组分布系数. 本文使用的方法是将每个谐波视为具有不同极对的电动机. 此时，绕组的连接仍然是与单元电动机的连接. 同样，不同之处在于每个插槽的磁势矢量在空间上已改变. 对于每个谐波，绘制相应的磁势星形图，然后根据分配系数的定义计算谐波的绕组系数. 计算过程如下: 图8谐波绕组分配系数的计算过程. 八极九槽单元电动机的谐波与极对数为l的电动机相对应，但是其绕组连接与基波相同，也就是说，绕组连接保持不变. 绕组齿磁势的星形图如图9所示.

图9的八极九槽电机的1/4谐波的星形图对应于齿的磁势. A相的1号线圈的电流方向为正，而2号线圈和9号线圈的电流方向为负. 假设由绕组线圈产生的磁通势的大小为0，则A相复合电势的方向为1和jf的相反方向（1-2 cm警报）. 如果没有分布效应，则A相复合磁势的大小应为工厂a. 根据绕组分配系数的定义，次谐波的绕组分配系数为: 1-1005％= -f = -0.174. 短距离系数为: Jue = sin（詈）= sin（詈）= o. 3420绕组系数为: xKd-= 1 0.0607. 以八极九槽电机的次谐波绕组系数计算为例. 谐波绕组系数见表1 0062 0028 0006 696096 0945 n96 09.3 03.2 0n0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 = 12 Z = 15 Z = 18 Z = 21 Z = 24 Z = 27 Z = 30个端口（Po = 1.2）（p0 = 4，5）（corpo = 5，7）（“ = 7，8）（其中= 7.11）（po = 10，11）（PD = 11，13）（ po = 13，14）（po = 13，17）KP 3分析和讨论由上述分析得出，分数槽集中绕组电动机绕组磁通势具有以下特征: 1）绕组磁势谐波的富集由等式（10） ）和图7所示，通常，分数槽集中绕组磁势不仅包含整数谐波，还包含分数谐波和次谐波.

一个两极三槽单元电动机很特别！ i不包含子谐波和分数次谐波，从中可以得出结论，六极，九槽，八极，十二槽电机绕组磁势不包含分数和子谐波. 比较10极和9个槽的单位电机绕组磁势的子谐波和分数谐波，单位电机绕组磁谐波分别包含2、31'子谐波，分数子谐波的比例为，因此，电机数量越多槽数相同的磁极，次谐波和分数谐波的含量越大. 2）分析绕组电势的谐波幅度和绕组电势频谱图的大小还可以看出，小数槽内绕组绕组电势的谐波幅度非常大，通过计算得出总谐波失真近似的总谐波数据. 槽集中绕组永磁交流伺服电动机是根据磁通势和绕组系数分析的可变性设定的. 可以看出，即使当极数大于缝隙数时，谐波幅度与基波的比例也高于65％. 将超过基本幅度. 在图7（d）中，可以看到十极九槽单元电动机的最大子谐波的幅度大于基波，甚至可以达到基波幅度的两倍. 3）绕组磁电势谐波旋转的方向通过将绕组磁电势的频谱集中到多个小缝隙中，还可以看出谐波成对出现，并且旋转方向从正向交替变化. 4）奇数槽电动机和偶数槽电动机的绕组磁势分析比较图7（a），图7（b）和图7（c），这三种磁钢的单元电动机的槽号电位谱图都很奇怪. 当单元电动机的1L槽数为奇数时，绕组磁通势包含除orders麻之外的所有谐波阶数（k = p0 1，2，3，4 ...）.

比较图7（d）和图7（e），显示了两个带有偶数槽的槽式电动机的磁势频谱图. 除Zhu（k = 1、2、3、4 ...）外的所有Popo阶的谐波. 然后，将奇数槽单元电动机绕组的磁势谱与偶数槽单元电动机绕组的磁势谱进行比较. 偶数槽单元电动机绕组的电势的谐波含量小于奇数槽单元电动机绕组的1套磁势的谐波含量. . ｊ5）槽数相同的单元电动机绕组的基本波关系对于槽数相同的单元电动机，假定槽数为z. ，极数是‰. 并且p02和P01

谐波的阶数为“ = k !!!: 蓝色. 谐波绕组系数相同. 当h = 1”或h = 2时，绕组系数值最多等于基波绕组的绕组系数. 波. 分数槽集中绕组单元电动机的绕组磁通势的谐波非常丰富，并且振幅占很大的比例. 如果是由t个单元电动机组成的非单元电动机，则定子绕组磁势的谐波含量将是t乘以单元电动机的谐波倍，再加上三相电流中包含的高阶谐波电流会在电动机中产生时间谐波. 磁势分数槽集中绕组永磁交流伺服电动机将产生非常大的谐波. 这些磁场会导致转子表面的涡流损耗，降低电动机的效率，并导致转子发热. 当转子温度过高时，可能会导致转子永磁体退磁，尤其是在电动机速度较高时. 同时，如果这些谐波磁场在气隙中分布不均匀，则会在电动机转子上产生固有的单向磁拉力，这会在电动机运行时增加振动和噪声. 电机的性能会相互影响. 本文仅着重分析分数槽集中绕组永磁交流伺服电机的定子绕组磁势和绕组系数. 由于许多假设，结果有些不同，但是分布规律是准确的. 对于齿槽转矩等其他方面，单侧磁张力，损耗，噪声等方面将在以后进行分析. 参考文献[1]将莫辉分为槽式绕组和永磁无刷电动机[J]. 微型电机，2007．Plus（11）: 39-42，81谭建城三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽数组合法则研究[J]. AO电动机，2007.40（12）: 72-77，86. [3]谭建成三相YAill直流电动机分数槽集中绕组的槽数和极数组合的选择与应用[J]. 微型电机.2008，41（3）: . 52-55 3MngnussenF.Sadarangani CWinding Fgcton PemmnentMng'qet Machines ConoentratedWindings [C] 1EEE国际会议011马达奇电机驱动器，马迪. Shuai n，Wi ship onsin，美国，2003年: . 333-339 [5]朱志强，Howe David，Chan CCI改进的Mqgnefic磁场分布分析模型无刷永磁电机[J] IEEE Trans.Ma端口，2002，38（1）: 229 —238 [6]唐云瑶，刘汉彦. 磁势的非对称绕组谐波分析[J]. 中小型电机技术资料，1979（5）陈义光，潘玉玲，何新勇，同步电动机分槽集中绕组磁通势[J]. 电机工程学报. 2010，25（10）: 30-36 [8]周建兴. MATLAB从人门到精通[M]北京: 人民邮电出版社. 2005.万方数据

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