槽極配合與電機運行質量特性研究(Ⅱ)

宋 斌,王 剛，邱國平

(1.浙江眾邦機電科技有限公司，臺州 317000；2.江蘇開璇智能科技有限公司，蘇州 215101；3.常州蓓斯特寶馬電機有限公司，常州 213011)

0 引 言

電機的齒槽轉矩與電機的槽極配合有密切的關系。也就是說，不考慮電機結構，僅選取適當的槽極配合，電機的齒槽轉矩也會相應減小。采用定子斜槽或轉子斜極，從電機結構上也會對齒槽轉矩有較大的影響。在電機設計時，可以先選取一個CT、KL較小的電機槽極配合，然后進行電機結構設計，優化電機磁路，建立優化的電機模塊(電機不斜槽或斜極)，計算電機模塊的性能，查看計算出的電機齒槽轉矩，判斷與目標齒槽轉矩的差距，決定是否要對電機進行斜槽或斜極，是否對磁鋼采取極弧系數優化、偏心削角、加厚齒高、增大氣隙等措施。在電機槽極配合優化條件下，對電機定子進行不同斜槽的參數化分析。從中能得到槽極配合和定子不同斜槽對電機齒槽轉矩的影響。

參數化分析功能強大，只要在RMxprt中進行，下面介紹12槽8極的電機參數化分析過程。

1 定子斜槽對電機齒槽轉矩的影響

定子斜槽對電機的齒槽轉矩有著較大的影響，以一款12槽8極的永磁同步電機為例，其磁鋼的極弧系數為0～1，采用定子斜槽進行參數化分析,結果如圖1所示。

圖1 12槽8極斜槽的參數化分析

電機斜槽大小不同時，其齒槽轉矩會有所不同。該12槽8極電機在某個斜槽數上的齒槽轉矩較小，其他地方的齒槽轉矩有不同程度的變化。由圖1可見，當斜槽數為0.5和1時，電機的齒槽轉矩為0，電機不斜槽時(即電機斜槽為0)，電機的齒槽轉矩為15.011 3 mN·m。而斜槽數在0.5～1槽之間，電機齒槽轉矩最大為2.284 1 mN·m。

因此，電機的槽極配合確定后，采用斜槽或者斜極會進一步削弱電機的齒槽轉矩，從而改善電機的性能。通過采用定子斜槽對電機齒槽轉矩的參數化分析，可以找出斜槽對齒槽轉矩的影響規律，這對電機設計有較大的參考意義。

2 極弧系數對電機齒槽轉矩的影響

分數槽集中繞組的槽極配合如表1所示，表中的下劃線表示了整數分區的分數槽集中繞組的槽、極配合，每個槽有幾種極的配合。

表1 每對極每相平均槽數q=Z/(mp)

我們分析12槽對應的極配合參數。

12槽有8極，10極，12極，16極4種整數分區的分數槽集中繞組，如圖2所示。

(a) 12槽8極

對以上4種槽極配合的分數槽集中繞組進行參數化分析，電機極弧系數為0.5～1,齒槽轉矩與極弧系數關系如圖3所示。

(a) 12槽8極

從4種12槽不同極的參數化分析看出， 12槽8極、12槽16極的極弧系數較小時，其齒槽轉矩也小。如果提高極弧系數，磁鋼產生的工作磁通較大，電機在這個區域的齒槽轉矩也大，無法通過優化電機槽、極配合來降低齒槽轉矩，必須采取其他削弱齒槽轉矩的措施。

12槽10極、12槽14極有多個齒槽轉矩極小的點,較大的極小點出現在極弧系數0.82左右，可以選取磁鋼極弧系數大于0.82，電機同時具有較大的極弧系數和較小的齒槽轉矩。

極弧系數為0.82時，4種不同槽極配合的質量特性比較如表2所示。

表2 12槽不同極數配合的質量特性指數比較(αp=0.82)

當同一性能要求的電機，達到定子齒磁密、軛磁密、定子長度、槽滿率基本相同，轉子極弧系數相同，而電機的槽、極配合不同，則電機的齒槽轉矩相差很大。

從齒槽轉矩容忍度看，12槽10極和12槽14極是較好的選擇，適當選擇電機的極弧系數，電機的齒槽轉矩已經足夠小，電機性能也好。12槽10極的最大輸出功率比12槽14極大，12槽10極是更好的電機槽極配合(CT=2)，選擇磁鋼極弧系數在0.82左右，則電機的齒槽轉矩較小，電機的性能也好。

如果要保證電機輸出功率最大，那么要選用12槽8極的槽極配合，但是其齒槽轉矩較大，要采用加大磁鋼的偏心及減小槽口寬等措施來減小電機的齒槽轉矩，同時會減小電機的最大輸出功率。

通過以上分析可以得出結論：對于分數槽集中繞組電機，選擇較小的評價因子CT的槽極配合，可以在較大的極弧系數時，有較小的齒槽轉矩，這樣電機磁鋼產生較大的工作磁通，才有齒槽轉矩較小且電機性能較好的最佳效果。因此，電機在設計時選擇適當的槽極配合是非常重要的。

3 極弧系數對多槽少極電機齒槽轉矩的影響

現在分析多槽少極分布繞組電機，其極弧系數對齒槽轉矩的影響。選取18槽2極、4極、6極、12極4種槽極配合，參數化分析齒槽轉矩與極弧系數關系，如圖4和表3所示。

(a) 18槽2極

從表3可以看出，18槽分布繞組電機在極弧系數較大時(αp=0.89)，只有18槽2極、18槽4極有較小的齒槽轉矩，而18槽6極、18槽12極電機的齒槽轉矩較大。在多槽少極的分布繞組中，應該選取CT較小的槽極配合，在同一CT中再衡量其他性能指標，確定電機的槽極配合。

表3 18槽不同極數的質量特性指數(極弧系數0.89)

綜上分析，不管是分數槽集中繞組，還是多槽少極的分布繞組。我們可以選用較小CT的槽極配比，在同一CT中，選用較小的KL，再進行電機磁鋼極弧系數的參數化分析，求取合適的槽極比和磁鋼的極弧系數，從而達到電機優化設計地目的。