三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究(连载之七)多极分数槽集中绕组无刷电机霍尔传感

科学瞎想系列之一二五电机绕组（3）上期讲了三相整数槽单层绕组的构成，本期讲三相整数槽双层绕组的构成。

由于每个槽内有两层导体，一个线圈有两个线圈边，因此双层绕组的总线圈个数等于总槽数。

按线圈的连接规律和形状来分：双层绕组可分为叠绕组和波绕组两种，接下来我们结合具体示例来讲解这两种双层绕组的构成。

1 叠绕组的构成【示例1】三相四极36槽叠绕组的构成① 绕组基本参数m=3，2p=4，Z1=36，双层叠绕组。

② 计算每极每相槽数q=36/4/3=3③ 给每个槽编号按旋转方向依次给每个槽编号，如图1所示。

④ 画槽电势星型图由于是两对极整数槽绕组，因此有两个单元电机，每个单元电机有18个槽，共36槽。

槽距角：α=2·360º/36=20º。

以每个槽的编号定义为槽电势相量，相邻槽电势相位差20º，画出槽电势星型图如图2所示。

在双层绕组中，上层线圈边的电势星形与槽电势星形完全相同。

下层线圈边的位置取决于线圈的节距。

如果我们把各个线图的上层边电势相量与下层边电势相量相减，得到各线圈的电势相量，它们也构成一个电势星形图，相邻两相量间相位差也是α。

所以在双层绕组里，槽电势星形图的每一个相量既可以假定是槽内上层线圈边的电势相量，也可以看着是一个线圈的电势相量。

在下面的分析中就是把它看成一个线圈的电势相量，如相量1是指上层边位于1#槽的线圈的电势相量；相量2是指上层边位于2#槽的线圈的电势相量；余类推。

由于是两对极，因此槽电势星型图有两层重叠。

⑤ 划分相带与上期讲的三相单层绕组相带划分方法一样，在槽电势星型图上等分出六个60º相带，每个相带里包括q=3个槽，并把每个相带分配到各相中，分别标记为A—Z—B—X—C—Y，如图2a所示。

对于双层绕组，与单层绕组有一个不同之处是：由于单层绕组每个槽内只有一层导体，而一个线圈有两个线圈边，其中一个线圈边占用正相带的一个槽，另一个边必须占用负相带的一个槽，因此单层绕组的正相带和负相带所包含的槽数必须要相等，才能构成单层绕组；而双层绕组每个槽内有两层导体，一个线圈的两个线圈边，其中一个线圈边放在一个槽内的上层(称为上层边)，另一个线圈边放在另一个槽内的下层(下层边)，有多少个槽就可以组成多少个线圈，可以不用考虑另一个线圈边必须单独占用负相带一个槽的问题，这样正负相带的宽度就可以不同，因此，对于双层绕组的相带划分就可以正负相带宽度不相等。

齿槽转矩形成的原因、对电机性能的影响和不同削弱方法的对比分析一、齿槽转矩形成的原因及影响齿槽转矩Cogging torque，是永磁电机的固有现象，它是在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩。

它的产生来自于永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电动机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩[1]。

无刷直流电动机电枢铁心为了安放定子绕组必定存在齿和槽,由于齿槽的存在,引起气隙的不均匀,一个齿距内的磁通相对集中于齿部,使得气隙磁导不是常数。

当转子旋转时,气隙磁场的贮能就发生变化,产生齿槽转矩,这个转矩是不变的,它与转子位置有关,因而随着转子位置发生变化,就引起转矩脉动[2]。

它与转子的结构尺寸、定子齿槽的结构、气隙的大小、磁极的形状和磁场分布等有关，而与绕组如何放置在槽中和各相绕组中馈入多少电流等因素无关。

齿槽转矩会使电机转矩波动，产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。

同时使电机产生不希望的振动和噪声。

在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。

齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。

二、不同削弱方法及对比分析(1)斜槽或斜极：定子斜槽或转子斜极是抑制齿槽转矩脉动最有效且应用广泛的方法之一,该方法主要用于定子槽数较多且轴向较长的电机[3]。

实践证明，斜槽使电机电磁转矩各次谐波的幅值均有所减小。

而斜槽或斜极引起的绕组反电动势的币弦化将会增大电磁转矩纹波。

斜极由于加工复杂、材料成本高而在工程上很少采用。

(2)磁极分块移位:由于转子斜极会使成本大大增加,并且加工工艺也会变得复杂,因而应用中往往采用磁极分块移位法,由通过计算得到磁极极弧系数,然后再把它优化,最后把几段分块磁钢沿周向错开一定角度安放来近似等效成一个连续的磁极[4],通常有两种移位方法:连续移位和交差移位,前者消除的是磁钢分块数目整数倍以外的所有齿槽转矩谐波成分,后者只能消除齿槽转矩的奇数次谐波,对偶数次谐波没有影响。

第一章电动机绕组基础知识绕组是电动机进行电磁能量转换与传递，从而实现将电能转化为机械能的关键部件。

绕组是电动机最重要的组成部分，又是电动机最容易出现故障的部分，所以在电动机的修理作业中大多属绕组修理。

在本章中，主要介绍与电动机绕组有关的若干基础知识。

第一节电动机绕组的类别电动机绕组按其结构可有多种类别，今将数种较常用的分类简介于下：一、集中式绕组与分布式绕组1、集中式绕组安装在凸形磁极铁心上的绕组，例如直流电动机定子上的主磁极绕组和换向极绕组，是集中式绕组。

对于三相电动机而言，如果每相绕组在每个磁极下只占有一个槽，在这种情况下，则也是集中式绕组。

2、分布式绕组分散布置于铁心槽内的绕组，例如直流电动机的转子绕组以及三相电动机的定子绕组和转子绕组，都是分布式绕组。

二、短距绕组、整距绕组与长距绕组1、短距绕组绕组的节距小于极距的绕组，叫做短距绕组。

短距绕组广泛应用于直流电动机的转子绕组以及三相交流单速电动机的定子绕组。

2、整距绕组绕组的节距等于极距的绕组，叫做整距绕组，又称全距绕组或满距绕组。

3、长距绕组绕组的节距大于极距的绕组，叫做长距绕组。

除了在三相交流单绕组多速电动机中会有长距绕组以外，一般情况下，不用长距绕组。

三、单层绕组、双层绕组与单双层绕组1、单层绕组在铁心槽内仅嵌一层线圈边的绕组，叫单层绕组。

单层绕组在10千瓦以下的小功率三相电动机中应用较多。

2、双层绕组在铁心槽内嵌有上、下两层线圈边的绕组，叫双层绕组。

双层绕组广泛应用于直流电动机以及功率在10千瓦以上的三相电动机。

3、单双层绕组有少数三相异步电动机，定子铁心的一部分槽中仅嵌入单层线圈边，而在另一部分槽中则嵌有双层线圈边，这种既有单层又有双层的绕组，即单双层绕组。

这种绕组是由双层短距绕组演变而来的。

四、整数槽绕组与分数槽绕组1、整数槽绕组三相电动机绕组中，每极每相槽数为整数的叫整数槽绕组。

2、分数槽绕组三相电动机绕组中，每极每相槽数为分数的叫分数槽绕组。

齿槽转矩形成的原因、对电机性能的影响和不同削弱方法的对比分析一、齿槽转矩形成的原因及影响齿槽转矩Cogging torque，是永磁电机的固有现象，它是在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩。

它的产生来自于永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电动机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩[1]。

无刷直流电动机电枢铁心为了安放定子绕组必定存在齿和槽,由于齿槽的存在,引起气隙的不均匀,一个齿距内的磁通相对集中于齿部,使得气隙磁导不是常数。

当转子旋转时,气隙磁场的贮能就发生变化,产生齿槽转矩,这个转矩是不变的,它与转子位置有关,因而随着转子位置发生变化,就引起转矩脉动[2]。

它与转子的结构尺寸、定子齿槽的结构、气隙的大小、磁极的形状和磁场分布等有关，而与绕组如何放置在槽中和各相绕组中馈入多少电流等因素无关。

齿槽转矩会使电机转矩波动，产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。

同时使电机产生不希望的振动和噪声。

在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。

齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。

二、不同削弱方法及对比分析(1)斜槽或斜极：定子斜槽或转子斜极是抑制齿槽转矩脉动最有效且应用广泛的方法之一,该方法主要用于定子槽数较多且轴向较长的电机[3]。

实践证明，斜槽使电机电磁转矩各次谐波的幅值均有所减小。

而斜槽或斜极引起的绕组反电动势的币弦化将会增大电磁转矩纹波。

斜极由于加工复杂、材料成本高而在工程上很少采用。

(2)磁极分块移位:由于转子斜极会使成本大大增加,并且加工工艺也会变得复杂,因而应用中往往采用磁极分块移位法,由通过计算得到磁极极弧系数,然后再把它优化,最后把几段分块磁钢沿周向错开一定角度安放来近似等效成一个连续的磁极[4],通常有两种移位方法:连续移位和交差移位,前者消除的是磁钢分块数目整数倍以外的所有齿槽转矩谐波成分,后者只能消除齿槽转矩的奇数次谐波,对偶数次谐波没有影响。