槽极配合与电机运行质量特性研究(Ⅱ)

宋 斌,王 刚，邱国平

(1.浙江众邦机电科技有限公司，台州 317000；2.江苏开璇智能科技有限公司，苏州 215101；3.常州蓓斯特宝马电机有限公司，常州 213011)

0 引 言

电机的齿槽转矩与电机的槽极配合有密切的关系。也就是说，不考虑电机结构，仅选取适当的槽极配合，电机的齿槽转矩也会相应减小。采用定子斜槽或转子斜极，从电机结构上也会对齿槽转矩有较大的影响。在电机设计时，可以先选取一个CT、KL较小的电机槽极配合，然后进行电机结构设计，优化电机磁路，建立优化的电机模块(电机不斜槽或斜极)，计算电机模块的性能，查看计算出的电机齿槽转矩，判断与目标齿槽转矩的差距，决定是否要对电机进行斜槽或斜极，是否对磁钢采取极弧系数优化、偏心削角、加厚齿高、增大气隙等措施。在电机槽极配合优化条件下，对电机定子进行不同斜槽的参数化分析。从中能得到槽极配合和定子不同斜槽对电机齿槽转矩的影响。

参数化分析功能强大，只要在RMxprt中进行，下面介绍12槽8极的电机参数化分析过程。

1 定子斜槽对电机齿槽转矩的影响

定子斜槽对电机的齿槽转矩有着较大的影响，以一款12槽8极的永磁同步电机为例，其磁钢的极弧系数为0～1，采用定子斜槽进行参数化分析,结果如图1所示。

图1 12槽8极斜槽的参数化分析

电机斜槽大小不同时，其齿槽转矩会有所不同。该12槽8极电机在某个斜槽数上的齿槽转矩较小，其他地方的齿槽转矩有不同程度的变化。由图1可见，当斜槽数为0.5和1时，电机的齿槽转矩为0，电机不斜槽时(即电机斜槽为0)，电机的齿槽转矩为15.011 3 mN·m。而斜槽数在0.5～1槽之间，电机齿槽转矩最大为2.284 1 mN·m。

因此，电机的槽极配合确定后，采用斜槽或者斜极会进一步削弱电机的齿槽转矩，从而改善电机的性能。通过采用定子斜槽对电机齿槽转矩的参数化分析，可以找出斜槽对齿槽转矩的影响规律，这对电机设计有较大的参考意义。

2 极弧系数对电机齿槽转矩的影响

分数槽集中绕组的槽极配合如表1所示，表中的下划线表示了整数分区的分数槽集中绕组的槽、极配合，每个槽有几种极的配合。

表1 每对极每相平均槽数q=Z/(mp)

我们分析12槽对应的极配合参数。

12槽有8极，10极，12极，16极4种整数分区的分数槽集中绕组，如图2所示。

(a) 12槽8极

对以上4种槽极配合的分数槽集中绕组进行参数化分析，电机极弧系数为0.5～1,齿槽转矩与极弧系数关系如图3所示。

(a) 12槽8极

从4种12槽不同极的参数化分析看出， 12槽8极、12槽16极的极弧系数较小时，其齿槽转矩也小。如果提高极弧系数，磁钢产生的工作磁通较大，电机在这个区域的齿槽转矩也大，无法通过优化电机槽、极配合来降低齿槽转矩，必须采取其他削弱齿槽转矩的措施。

12槽10极、12槽14极有多个齿槽转矩极小的点,较大的极小点出现在极弧系数0.82左右，可以选取磁钢极弧系数大于0.82，电机同时具有较大的极弧系数和较小的齿槽转矩。

极弧系数为0.82时，4种不同槽极配合的质量特性比较如表2所示。

表2 12槽不同极数配合的质量特性指数比较(αp=0.82)

当同一性能要求的电机，达到定子齿磁密、轭磁密、定子长度、槽满率基本相同，转子极弧系数相同，而电机的槽、极配合不同，则电机的齿槽转矩相差很大。

从齿槽转矩容忍度看，12槽10极和12槽14极是较好的选择，适当选择电机的极弧系数，电机的齿槽转矩已经足够小，电机性能也好。12槽10极的最大输出功率比12槽14极大，12槽10极是更好的电机槽极配合(CT=2)，选择磁钢极弧系数在0.82左右，则电机的齿槽转矩较小，电机的性能也好。

如果要保证电机输出功率最大，那么要选用12槽8极的槽极配合，但是其齿槽转矩较大，要采用加大磁钢的偏心及减小槽口宽等措施来减小电机的齿槽转矩，同时会减小电机的最大输出功率。

通过以上分析可以得出结论：对于分数槽集中绕组电机，选择较小的评价因子CT的槽极配合，可以在较大的极弧系数时，有较小的齿槽转矩，这样电机磁钢产生较大的工作磁通，才有齿槽转矩较小且电机性能较好的最佳效果。因此，电机在设计时选择适当的槽极配合是非常重要的。

3 极弧系数对多槽少极电机齿槽转矩的影响

现在分析多槽少极分布绕组电机，其极弧系数对齿槽转矩的影响。选取18槽2极、4极、6极、12极4种槽极配合，参数化分析齿槽转矩与极弧系数关系，如图4和表3所示。

(a) 18槽2极

从表3可以看出，18槽分布绕组电机在极弧系数较大时(αp=0.89)，只有18槽2极、18槽4极有较小的齿槽转矩，而18槽6极、18槽12极电机的齿槽转矩较大。在多槽少极的分布绕组中，应该选取CT较小的槽极配合，在同一CT中再衡量其他性能指标，确定电机的槽极配合。

表3 18槽不同极数的质量特性指数(极弧系数0.89)

综上分析，不管是分数槽集中绕组，还是多槽少极的分布绕组。我们可以选用较小CT的槽极配比，在同一CT中，选用较小的KL，再进行电机磁钢极弧系数的参数化分析，求取合适的槽极比和磁钢的极弧系数，从而达到电机优化设计地目的。