近距离体会永磁电机灵活的磁路拓扑

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2023-10-20 15:15
因此，辅助槽的优化方向，不应该以增加主波磁密为目标，仅需考虑如何尽量减小齿槽转矩，并以此为目标来决定 ...

话虽如此，但也决不是说我们就完全无所作为，陷入不可知的漩涡了。

从磁导波形及其带通滤波结果可见，如果小齿齿宽减小直至零，那么定子就越来越像并最终成为3齿结构了。反过来思考，也就是3齿的谐波成分会随着小齿齿宽的增加而降低，而且，平均磁导也会随之增加，因此，得到第一个结论，那就是绕线圈的2个槽口不宜太大，应力争减小。

zengxiaodong

楼上代表3齿谐波的绿色线，明显波动幅度比75楼的减小了，说明上述的猜想是正确的。

再看大齿的中心线，此处如果再开辅助槽，应该会再次削弱3齿、6齿的磁导谐波，而会增加9齿的磁导谐波，原因很简单，因为大齿中心线对应的是3齿、6齿谐波正波峰，而对应9齿谐波的负波峰。

先开一个浅的辅助槽看看

zengxiaodong

开深辅助槽的结果



证明了分析的思路是正确的，开辅助槽确实削弱3齿、6齿的磁导谐波，增加9齿的磁导谐波。再开深的话，最终就会完全消除3齿、6齿的谐波，因为真的就变成9齿定子了！

zengxiaodong

抛开工艺上的问题，亦不考虑线圈如何放进去，仅从电磁性能的角度而言，可以评判2种方案的优劣如下。








上边的方案，电磁特性不如下边的方案，估计齿槽转矩上也是下边的方案更容易达到最小。

zengxiaodong

9槽10极电机，也可以装8极转子，因为他们都是第一梯队的成员！


磁势磁导调制后得到的8极磁密波表达式如下：



补充内容 (2023-10-23 10:50):
无论空间坐标原点取在小齿中线，或者原点在大齿中线，8极磁密波的表达式都是一样的，没有相位差别，这点与10极磁密波不同，原因请自行思考。

zengxiaodong

花了10几个楼层，分析了磁势磁导相互调制的原理。只有经过这样细枝末节的分析，才能真正搞清楚各种影响因素的作用原理。

实际上，大家也不必看到复杂的计算公式而心生厌烦，因为，有很简单的软件可以在片刻之间完成这样的计算，而且还无需忽略一些幅值较小的谐波，也就是考虑所有的谐波成分！

这方面最佳的软件就是OriginPro加上SWAT-EM

首先用SWAT-EM生成磁势波形






然后，在OriginPro中，随手拉出上述磁势波形，同时，也很方便拉出磁导波形







最后，计算出磁势乘以磁导的结果，并采用带通滤波得到需要的极对数的磁密波。

zengxiaodong

现提供楼上的文件，可以用OriginPro直接打开，并可以自行很方便修改辅助槽的参数，以评估对磁密的影响。


6槽10极磁导调制.rar (51.81 KB, 下载次数: 2)

2023-10-23 17:41 上传

点击文件名下载附件

补充内容 (2023-10-25 09:09):
这个附件是opju文件，老版本的opj文件在下一楼层提供

zengxiaodong

前面我们已经多次强调过，9槽10极（空3槽）以及6槽10极的电机，其定子磁势的特点相同：都是3个在空间固定位置的脉振磁势波。


那么，从86楼第2个图可以看出，大齿中心线（开辅助槽位置）对应的总是磁势为0的区域，也就是说磁势乘以磁导后，不管开槽不开槽，或者开的槽深还是浅，乘积都是一样的，因此，86楼第3张图并不会因为开辅助槽而改变，这么说来，开辅助槽并不会影响8极、10极磁密波的大小！



6槽10极磁导调制.rar (61.26 KB, 下载次数: 1)

2023-10-25 09:10 上传

点击文件名下载附件

zengxiaodong

jabin 发表于 2023-9-13 04:02
只有3个槽绕线的话，其它六个槽不饶的话还能转的吗

根据63楼的分析，只用3个槽绕成像鼠笼转子那样的单边线圈绕组，电机也能正常工作！当然，多匝线圈因为要有返回的线圈边，这个返回边可以绕到铁芯外侧空间。

更进一步，剩下的3个槽也是一样可以绕成返回边在铁芯外侧的线圈，这样的话每相有2个线圈串联，电机转矩能力会提升到1.732倍，这是非常可观的！

zengxiaodong

yinzhajifeng 发表于 2023-10-18 10:24
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。

按照2相电机来设计。

8槽（空4槽）可以设计出来单层绕组方案。

zengxiaodong

楼上A相、B相线圈是同向绕，也可以是反向绕，两者的区别仅是电机转向相反，这个请画出槽电势星形图即可明白其原理。

zengxiaodong

这个8槽（空4槽）电机的磁势波形如下



可见其特点：

1、含有圆形旋转磁势、空间静止脉振磁势；

2、极数等于4的整数倍的磁势，是空间静止的脉振磁势；

3、磁势的零位线上下波动，这几点均与前面讨论的6槽7极电机相同，因为其本质上就是4槽3极（或者4槽5极）的最简电机；

4、第一梯队的磁势是6极、10极、39极、42极......

图中这个瞬时，8极磁势波（乘以极数）最大，但是，这个磁势波是脉振的，并不在空间旋转，因此无法作为工作磁势波。

zengxiaodong

工作磁势波6极、10极转向相反，而且是圆形旋转磁势，因此，电机的转矩是恒定的。



2极磁势波也是圆形旋转磁势

4极、8极、12极......磁势波是脉振磁势，空间静止不动。

zengxiaodong

迄今为止，我们用SWAT-EM分析电机绕组，都是基于完美正弦波电流而言的，也就是绕组各相通入的都是理论上的符合相应相数的，具有合适相位关系的多相正弦电流。在这个条件下，绕组在气隙中产生匀速前进的行波磁势，也就是我们熟知的圆形旋转磁势，这是最理想的一种状态，因为可以产生最平稳的转矩。

偏离上述理想情况，那就会产生不同的效果，如果产生的是椭圆形旋转磁势，电机也能够运转，当然平顺性会有所降低，又如，离散的电流状态形成跳跃式磁势，理论上就是脉动式转矩，在电机低速运行时影响很大......

因此，正弦型电流这种理想结果，可以涵盖其他各种非理想正弦的情形，换句话说，其他各种非理想的情形，几乎都有优化目标使其尽量靠拢正弦电流激励的状态，这方面最典型的例子有2个：一个是方波无刷直流电机BLDC，由于转矩脉动的原因，一直在想方设法改进，出现了准正弦波驱动，当然，其终极方案就是纯正弦波驱动模式，也就是PMSM；第二个例子那就是步进电机，顾名思义就是离散的电流组合状态，当然也就产生离散的步进状态，但是，步进电机中也费了很大的精力搞所谓的细分，无论你怎样细分，你都不可能超过纯正弦电流驱动的极限状态！

总之，本帖讨论的磁势波形，也完全适用于步进电机的设计和分析！

hahafu

zengxiaodong 发表于 2023-10-14 14:04
6槽10极的基波短距系数仅有0.5，这是什么意思呢？那就意味着线圈的2个边，其实只需要1条边就可以了，白白浪 ...

曾老师，这个软件 nu 里面的5 是 5 对极的意思，也就是6槽10极的绕组系数是0.5？还是只是指短距系数是0.5？
而分析这个不同谐波的绕组系数前提是6槽均布，如下图

hahafu

zengxiaodong 发表于 2023-10-14 14:45
也就是6槽10极大小齿结构，如果调整到与9槽10极通常结构的话，其绕组系数大幅度提高到接近于1.0了

同样
这个9槽10P分析，是否也要看nu等于5，同样这个含义是短距系数还是绕组系数，10极的是-0.643，而不是0.985？

绕组图如下


但两个极槽配合分析谐波都是认为槽均布，这跟实际产品的相位上是有区别的

hahafu

这个电机受限于安装空间，只能再三个三角形内有绕组有主磁路铁心
那到底是哪个极槽配合，其实也可以直接从槽电动势星形图上看出来
目的是使绕组的相反电势合成最大。所以下述三个图只分析一相

首先是6槽10极

从这个图上可以看出，如果6槽均布，1和2槽的合成相量夹角120度，合成的相量数值很小，也就是短距系数很小，只有0.5，分布系数是1。所以必须改变2槽相位，增大短距系数，也就是做不对称结构，但这样分析起来可能会比较不直观

接下来时9槽10极

可以看到1和2槽电动势合成相量夹角20度，短距系数是cos（10）=0.9848，认为3,6,9槽空槽，比6槽10级合成的基波电动势大
但这里的分布系数不知道算得对不对，我感觉是正确的

然后是12槽10极

这个1和2槽电动势合成相量夹角30度，短距系数是cos（15）=0.9659，认为3,4,7，8,11,12槽空槽，合成的电动势小于9槽10极

所以相对来说，这个电机以9槽10极空槽方案分析最合理，设计起来也最简单。

zengxiaodong

hahafu 发表于 2023-11-2 19:07
同样
这个9槽10P分析，是否也要看nu等于5，同样这个含义是短距系数还是绕组系数，10极的是-0.643，而 ...

绕组系数，一般包括：短距系数、分布系数、斜槽系数。

显然，仅有3个线圈的3相单层绕组，分布系数为1.0，又没考虑斜槽，也就是斜槽系数也是为1.0，因此，绕组系数就是短距系数。

绕组系数又有电势和磁势的区别，两者既有区别又有联系，很容易搞混。

hahafu

zengxiaodong 发表于 2023-11-03 19:48
绕组系数，一般包括：短距系数、分布系数、斜槽系数。

显然，仅有3个线圈的3相单层绕组，分布系数为1.0，又没考虑斜槽，也就是斜槽系数也是为1.0，因此，绕组系数就是短距系数。

绕组系数又有电势和磁势的区别，两者既有区别又有联系，很容易搞混。

那还是请问曾老师，
您软件上的nu是什么意思
里面的5是什么意思，10是什么意思

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zengxiaodong

hahafu 发表于 2023-11-3 20:37
那还是请问曾老师，
您软件上的nu是什么意思
里面的5是什么意思，10是什么意思

不是我的软件，是我推荐大家使用的软件。

电势谐波是时间谐波，磁势谐波是空间谐波。

电势谐波不存在“分数次”谐波，磁势谐波存在“分数次”谐波。

例如，看6槽10极的电势绕组系数，当然要看的是1次谐波的绕组系数；同理9槽10极的电势绕组系数，当然也要看1次谐波的绕组系数。

而看磁势的各次谐波的绕组系数时，《电机学》里面用的办法是以设计极对数作为基波，那么就会出现“分数次”谐波。而在软件中，不使用“分数次”谐波的概念，而是直接以最少的极对数作为基波，其余极对数作为基波的整数次谐波，两种方式当然是等价的。陈世坤《电机设计》其实也是用的这种办法，用的名称是主波