近距离体会永磁电机灵活的磁路拓扑

zengxiaodong

无论是6槽10极，还是9槽10极（空3槽），其空间电流波，以及空间磁势波，可以认为是完全类似的。




图片下半部分是空间电流波，其特征是：空间分布着6个电流波，其幅值随时间成正弦变化，并以120度相位差可将6个电流分成3组，每组2个电流波是大小相等方向相反的（同一相）

图片上半部分是空间磁势波，其特征是：空间分布着3个脉振磁势波，脉振幅值随时间正弦变化。

两者细节上面的不同，就是空间位置上有差异而已！

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我们来分析一下这个电机，这个更奇怪，空间都不对称了！




由于没有详细的参数结构，这个电机我来猜一猜，看看我说得对不对：由于12槽10极（或者12槽14极）电机，可以构成连续3相的单层集中绕组，所以这个电机最大的可能性是10极或者14极。而且，空了6槽，也就是有180度空间没有使用，这个从图片目测还算靠谱。

zengxiaodong

而且，中间那个齿必须反绕，如下图所示。

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按照上述猜想，用SWAT-EM分析一下，由于太特殊了，所以要采用手动布线才能生成模型。

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仔细观察楼上的动画，发现右上角的谐波次数在发生跳变，这是什么意思呢？

这就意味着，各次谐波磁势不仅在空间旋转运动，而且在旋转的同时，磁势的某些谐波成分（6次、18次）幅值也在大幅度变动，这是这种电机最大的缺点，可能会导致额外的噪声！（因为5次或者7次工作波，与6次谐波会形成r=1的空间力波，这个力波也就是单边磁拉力波，所以单边磁拉力会在非常大的范围里变动，可能激发出严重的噪声）

但经仔细跟踪工作磁势波（10极、14极），确认工作磁势波的幅值并没有可观察的变化，也就是电机的转矩还是平稳的。


补充内容 (2023-10-26 08:40):
6次空间谐波其极数正好是齿数的整数倍，而且这些磁势波都是驻波，也就是空间位置不动的脉振波！

补充内容 (2023-10-26 08:46):
也有一些谐波成分（例如空间2极波等）既在空间旋转，而且磁势幅值交变，这些谐波构成椭圆形旋转磁势！

补充内容 (2023-10-26 20:22):
空间2极波是圆形旋转磁势，空间4极波是椭圆形旋转磁势。

zengxiaodong

这个不对称电机还有一个特点，那就是磁势0位线在上下波动，请大家记住中间齿反绕这个事就可以明白。

在某一瞬时，三个脉振磁势波都是正值



而在另一个瞬时，三个磁势波都是负值

zengxiaodong

这个磁势0位线在上下波动，实际上就是一个磁极分成2部分，不同分切导致的结果，设想10极或者14极转子，切成两半，各占180机械角度，那么切割位置不同，这5个磁极（或者7个磁极）总可以分成4+1（或者6+1）个磁极，而其中的1，可以是0.5+0.5、0.4+0.6、0.3+0.7、0.2+0.8、0.1+0.9....................................


为什么可以切分？这个就是数学上的问题了，我们要对应上最简电机这个概念，请参见：https://bbs.simol.cn/thread-33371-1-1.html

也就是，实际上这个电机是6槽7极电机的具体实例！

zengxiaodong

以前我们用有限元法精确计算过6槽7极电机，重新给出气隙磁密的动画波形如下：





很显然，上下磁极（对应N、S极），一会儿是3+4，一会儿是4+3.........................

zengxiaodong

下面这两个帖子值得仔细对照阅读：


《电机电磁场的边界问题》，https://bbs.simol.cn/thread-158805-1-1.html

《讨论下19极和17极电机的结构和实现 》https://bbs.simol.cn/thread-136842-1-1.html


详细讨论了奇数极电机的计算原理和模型计算实例，这个在直线电机中属于司空见惯的现象，也就是上面讨论的12槽14极（空6槽）电机，可以直接应用到直线电机的计算中！

zengxiaodong

怎么理解这个电机是6槽7极电机呢？

虽然实际转子并不是7极而是14极，但是，定子部分确确实实是与6槽7极电机计算模型无异，而且，要手工计算电机的转矩的话，也确实是必须用7极进行计算，否则，得不到正确的转矩结果！

zengxiaodong

hahafu 发表于 2023-9-25 20:49
这个问题在西莫论坛群里也有激烈的讨论
现把相关讨论转过来

动画删掉几张图

zengxiaodong

标准答案 发表于 2023-10-14 20:02
1 感谢曾老师的参与，使得这个帖子的讨论越辨越明。
2 掌握一个好的软件真是太重要了，曾老师推荐的这款软 ...

这个9槽10极（空3槽）的电机，假设定子结构保持不变，那么用哪个极对数会产生最大的转矩呢？

应用我提出的磁势X极数这个判定标准，得到：



2极：100%
4极：188%
8极：288%
10极：288%
14极：187.6%
16极：100%
20极：100%
22极：188.1%
26极：287.3%
28极：288.4%
........................................


由此可见，8极、10极、26极、28极..........这些是第一梯队，在同样的电流下能够产生最大的转矩，小数点差异其实是数值误差，理论上这个梯队的转矩应该完全相同！

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2023-10-16 09:30
我们来分析一下这个电机，这个更奇怪，空间都不对称了！

这个空间不对称电机，还有一种可能性，是12槽8极（或者12槽16极）的一半。



这种情况下，3个齿的线圈绕向相同，也就是虽然空间不对称，但是时间是对称的。

zengxiaodong

按照12槽16极（空6槽）来分析，用SWAT-EM给出的图片，制作动画波形如下

zengxiaodong

这个磁势0位线没有上下波动了，因为3相绕组已经构成了完整的电机。


同样存在的问题，例如极对数为1的磁势波，其幅值存在剧烈的变动，仅就这个磁势波而言，既旋转又变幅，也就是《电机学》里面所谓的椭圆形旋转磁势！除了1对极以外，3、5、7、9......对极的磁势也是椭圆形旋转磁势。


补充内容 (2023-10-26 08:52):
这个电机与前面讨论的6槽7极电机相比，不含有空间脉振的磁势成分，但也是既含有圆形旋转磁势，也含有椭圆形旋转磁势！

补充内容 (2023-10-26 20:19):
含有空间脉振的磁势成分，如6极磁势

zengxiaodong

在前面52楼中，我们已经比较了各次谐波磁势与其极对数乘积的大小，证明了一对孪生的工作磁势波，虽然其幅值不同，但是其产生电磁转矩的能力是一样的！

其实不同的电机方案同样可以进行比较，前提是定子结构完全一样，且定子电流完全一样。

12槽14极（空6槽）与12槽16极（空6槽），有完全相同的定子结构，唯一区别是中间齿线圈的电流方向改变，在线圈参数一样的情况下，可以比较其转矩产生能力的大小。

因为是不同的电机，所以不能像前面一样用百分比来比较，而用绝对值（安培A）来比较


这是12槽14极（空6槽）的结果：5*0.184=0.92A



这是12槽16极（空6槽）的结果：4*0.207=0.828A


很显然，上面的一个方案，其转矩能力更高，高11%以上！

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2023-10-17 14:52
在前面52楼中，我们已经比较了各次谐波磁势与其极对数乘积的大小，证明了一对孪生的工作磁势波，虽然其幅值 ...

请注意，这个转矩能力高11%的结论，有很大的限定条件，那就是齿槽分布尺寸我们假想是沿圆周均匀分布。实际上，由于有一半的圆周没有利用来布置线圈槽，所以，可以根据极数来任意调整齿槽分布，使得短距系数尽量接近1.0，这样就都能产生最大的转矩了。甚至，也可以找到一个齿槽距，使得8、10、14、16极转子装进去，都能产生同样大小的转矩！

同样的道理，对于9槽10极（空3槽）那个电机，也可以稍加调整来优化齿槽分布，使得线圈短距系数为1.0最佳，至于削弱高次谐波之类的问题就不必纠结了。

yinzhajifeng

zengxiaodong 发表于 2023-10-16 09:30
我们来分析一下这个电机，这个更奇怪，空间都不对称了！

法国动磁科技的产品，用与阀类驱动，这种方式最常见的是两相的电机产品。

zengxiaodong

应用我提出的磁势X极数这个判定标准，对前面的6槽10极电机（非大小齿）进行分析，可以得到更深入的一些认识。


首先，对短距系数0.5的再讨论，相量图如下：



可见，线圈1条边产生的电势为U，2条边产生的电势还是U，这就白白浪费了一条边的铜线。这多出来的1条边的铜线，光吃饭不干事————铜耗少不了却不产生任何转矩！

zengxiaodong

6槽10极（非大小齿）的磁势谐波成分如下：



列出各极数的转矩能力：

2极：100%
4极：173.2%
8极：173.2%
10极：100%
14极：100%
16极：173.6%
20极：173%
........................................

可见，第一梯队的极数是：4、8、16、20极......