電機槽極配合與電機運行質量特性研究(Ⅶ)

儲建華，王卓翊，邱國平

(1.江蘇開璇智能科技有限公司，蘇州 215101；2.常州蓓斯特寶馬電機有限公司，常州 213011)

1 DDR低速力矩電機槽極配合的設計應用

前面介紹了電機槽極兩大要素即電機的槽極配合對電機運行質量特性的影響，在實際電機設計中可以廣泛應用，對電機的運行質量特性進行目標設計，從而使電機的運行質量特性得到較好的提高。

下面介紹槽極兩大要素即電機的槽極配合在設計中的應用實例，由于篇幅關系，作者僅簡要介紹直接驅動旋轉電機(以下簡稱DDR電機)槽極配合的設計應用。

DDR電機是一種轉速低、轉矩大、槽數和極數較多的多槽電機。一般不對DDR電機進行磁鋼直極錯位和定子斜槽，電機本身具有大轉矩，要求齒槽轉矩小、轉矩脈動小且定位精度高。因此，對于DDR電機，主要通過合理的槽極配合以求減弱電機的齒槽轉矩。表1是兩個產地的3種DDR電機的質量特性要素相關數據。

表1 3種DDR電機槽極配合的相關數據

以上DDR電機都采用了分區整數槽單節距集中這樣繞組分布，而且都采用了全繞組排列。電機齒槽轉矩計算因子KL見后文表3。

2 24槽不同極數DDR電機槽極配合分析

分析24槽DDR電機的槽極配合，選取極數為20極、22極、26極，電機質量特性如表3所示，繞組分布如圖1所示，電機質量特性如表2所示。

(a)24槽20極

由表2可見，24槽22極和24槽26極的評價因子相同(CT=2)，但24槽26極的計算因子KL更小，由此判斷這兩種槽極配合的電機質量特性相近，且24槽26極的齒槽轉矩更小。

表2 24槽不同槽極配合的性能比較

通過仿真軟件進行極弧系數參數化分析，并得到瞬態轉矩脈動曲線，如圖2～圖6所示。

圖2 24槽20極磁鋼極弧系數參數化分析

由圖2、圖3可見，24槽20極電機磁鋼的極弧系數在0.83時，電機的齒槽轉矩為0.149 7 N·m；24槽26極磁鋼的極弧系數應該在0.85左右時為佳，這時的電機齒槽轉矩僅為4.397 mN·m。

圖3 24槽26極磁鋼極弧系數參數化分析

3種24槽電機瞬態轉矩脈動分析如圖4～圖6所示。

圖4 24槽20極瞬態轉矩脈動曲線

圖5 24槽22極瞬態轉矩脈動曲線

圖6 24槽26極瞬態轉矩脈動曲線

由表2以及圖4～圖6可見，3種24槽不同極數配合的電機齒槽轉矩相差較大，24槽20極的齒槽轉矩和轉矩脈動最大，24槽26極的齒槽轉矩最小，但是其轉矩脈動比24槽22極的轉矩脈動大，因此，在分區數相同、定子繞組排布相同、僅磁鋼數不同的情況下，24槽22極是DDR電機最佳槽極配合。

3 48槽不同極數DDR電機槽極配合分析

由表1可見，有兩個單位用48槽配合不同的極數，做了DDR電機并批量生產，即48槽40極和48槽44極。

從計算因子KL(表3)看，48槽40極明顯不如48槽44極；從CT看，48槽40極的CT=8，而48槽44極的CT=4，因此可以判定48槽40極的齒槽轉矩較大。48槽40極的齒槽轉矩確實較大，手感滯重。

對48槽電機轉子極數進行了調整，選取38極、40極、44極、46極，4種電機的性能比較如表3所示。

表3 電機齒槽轉矩計算因子KL

表4 48槽不同槽極配合的性能比較

可以看出，48槽40極的齒槽轉矩的3.8 N·m，而48槽38極的齒槽轉矩僅0.01 N·m。48槽44極的性能要比48槽40極的要好，因此武漢生產的DDR電機的槽極配合選取比較合理，48槽38極的性能比48槽44極的好。

(未完待續)