以8极9槽为例子，讨论一下永磁电机绕组极数的问题

富士TT

下面提供负载情况下的单边磁拉力结果。

因为132机座号8极电机的铁心长度115毫米时，功率为3千瓦，计算得出转矩为39.79牛米，也就是346牛米／米，现在是永磁电机，我们假设转矩密度提高到800牛米／米（增加到230％）。依此参数来决定电流的大小。

先列出转矩数据：

             SUMMARY OF TORQUE BY VIRTUAL WORK
Load Step Number:       1.
Substep Number:         1.
Time:             0.1000E+01
Units for Torque:    (N*m/m)
Component        Torque   
    ROTOR      0.80128E+03
__________________________________                                      
          SUMMARY OF TORQUE BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units for Torque:  (N*m/m)
Component        Torque   
    ROTOR      0.78909E+03
__________________________________                                      
Note: Torque is calculated about the Global Cartesian +Z axis.         
___________________________________________________________________


磁拉力数据：

              SUMMARY OF FORCES BY VIRTUAL WORK
Load Step Number:       1.
Substep Number:         1.
Time:             0.1000E+01
Units of Force:        (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y   
    ROTOR     -0.14350E+05   0.77190E+03
_________________________________________                              
           SUMMARY OF FORCES BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units of Force:  (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y      
    ROTOR     -0.14303E+05   0.66644E+03
________________________________________                                
Note: Maxwell forces are in the Global Cartesian coordinate system.     
Virtual work forces are in the element ESYS coordinate system.



由此可见，Y方向的磁拉力几乎没有什么变化，而X方向的磁拉力却几乎增加了10000倍，也就是说X方向的磁拉力才是真正的单边磁拉力！这就证明了空载单边磁拉力几乎可以忽略，主要指的是负载情况下的单边磁拉力！

富士TT

计算方法是在槽内建两个面积（直径为6毫米的圆），最上面一个槽为第2槽（根据前面Zengxiaodong的槽号线圈边布置），最大的导体电流为1500安培左右（电流密度53169840安／平方米）。

yheast

回复 232# 富士TT

我觉得你的电流密度有点太大了，53169840安／平方米=53A/mm^2,一般实际电机的电流密度也就5~10A/mm^2，可能偏大点或偏小点是有可能的。

富士TT

我将Ansys的DB文件发上来，包括了所有的模型信息（节点、单元、边界条件、载荷、力标记等），只需直接进行求解就可以了。定义了Rotor为转子部件，单边磁拉力和转矩可以基于部件进行磁场计算求得！



9810.rar (1.2 MB, 下载次数: 128)

2010-1-18 17:31 上传

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zengxiaodong

回复 232# 富士TT

我觉得你的解答是有很大问题的！

因为单边磁拉力指的是径向力波的不平衡，当然这种不平衡也会表现为转子受力的不平衡；
但是，产生转矩的切向力的如果不平衡同样也会表现出转子受力的不平衡。

因此，你的计算结果不能肯定单边磁拉力的存在，更不能确定单边磁拉力的大小。

例如，假设只有最上面一块磁铁受到水平力，这一水平力既产生了转矩，也产生了转子的水平方向不平衡力，但此时显然没有任何单边磁拉力！

gzfwin1981

9槽形成8极，有两个相邻的槽内电流方向相同合成一极

富士TT

昨天的计算有错误，因为定相定错了，如果直轴电流为零的控制方式，应该以最下面的2个槽定为2槽和3槽，此时对应A相电流为零。

昨天的计算定最上面的槽为2槽或者3槽，其实磁势夹角电角度为正负80度（因为单槽电角度160度），所以此时还会有较小的直轴电流！

为了适当考虑Yheast的意见，降低转矩密度到700Nm/m，此时电流密度为B+＝C－(＝40740300A／m^2),重新计算的结果如下：


转矩数值：

             SUMMARY OF TORQUE BY VIRTUAL WORK
Load Step Number:       1.
Substep Number:         1.
Time:             0.1000E+01
Units for Torque:    (N*m/m)
Component        Torque   
    ROTOR      0.73835E+03
__________________________________                                      
          SUMMARY OF TORQUE BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units for Torque:  (N*m/m)
Component        Torque   
    ROTOR      0.67443E+03
__________________________________                                      
Note: Torque is calculated about the Global Cartesian +Z axis.         
___________________________________________________________________


转子受力情况：

              SUMMARY OF FORCES BY VIRTUAL WORK
Load Step Number:       1.
Substep Number:         1.
Time:             0.1000E+01
Units of Force:        (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y   
    ROTOR     -0.12218E+05  -0.20752E+04
_________________________________________                              
           SUMMARY OF FORCES BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units of Force:  (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y      
    ROTOR     -0.12347E+05  -0.22653E+04
________________________________________                                
Note: Maxwell forces are in the Global Cartesian coordinate system.     
Virtual work forces are in the element ESYS coordinate system.         
The following element table items are available for printing and        
plotting of the forces obtained by Virtual Work and the Maxwell Stress  
Tensor methods.


为了考虑Zengxiaodong的意见，补充进行交轴电流为零的情况，槽号不变，但是A相电流达最大值，即A+＝47042846，B+＝C+＝-23521423，计算结果如下：

转矩情况：

             SUMMARY OF TORQUE BY VIRTUAL WORK
Load Step Number:       1.
Substep Number:         1.
Time:             0.1000E+01
Units for Torque:    (N*m/m)
Component        Torque   
    ROTOR     -0.63969E+01
__________________________________                                      
          SUMMARY OF TORQUE BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units for Torque:  (N*m/m)
Component        Torque   
    ROTOR     -0.26596E+02
__________________________________                                      
Note: Torque is calculated about the Global Cartesian +Z axis.         
___________________________________________________________________     


转子受力情况：

              SUMMARY OF FORCES BY VIRTUAL WORK
Load Step Number:       1.
Substep Number:         1.
Time:             0.1000E+01
Units of Force:        (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y   
    ROTOR      0.39463E+02  -0.87446E+04
_________________________________________                              
           SUMMARY OF FORCES BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units of Force:  (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y      
    ROTOR     -0.20919E+03  -0.86302E+04
________________________________________                                
Note: Maxwell forces are in the Global Cartesian coordinate system.     
Virtual work forces are in the element ESYS coordinate system.         
The following element table items are available for printing and        
plotting of the forces obtained by Virtual Work and the Maxwell Stress  
Tensor methods.


结论：

1、直轴电流为零和交轴电流为零时，单边磁拉力均远远大于空载情况；

2、同样直轴电流为零的状态，每一瞬时的单边磁拉力其方向也是不断变化的；

3、有限元计算的转子受力我认为就是单边磁拉力，而不是切向力的不平衡所产生的。

zengxiaodong

很多所谓的谐波计算程序，号称能对任意绕组进行谐波分析，其实仔细一了解，原来都是对于三相电机而言的，例如许实章书中的程序，也号称对任意绕组进行谐波分析，其实这种说法不严谨，因为还有非3相的电机。

不知道南牛的异步电机设计软件，是否能对任意相数任意绕组进行谐波分析？还是对于3相电机任意绕组进行谐波分析。

piandh

例如24槽22极好象也是相间互感为零吧，请Yheast或者piandh检验一下为感。

...
富士TT 发表于 2010-1-11 10:16

                               
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回复217楼：

bmone

一般是不同的，现在分数槽绕组越来越多了呀

lqhlen

这么多好东西，谢谢各位的无私奉献………………

gotman

我是做八極的耶
看樓主分析的結果
又學到了一些
謝謝

alexwang1515

电角度=极对数×360°/槽数，每一对极之间的电角度就是360°。机械角度就只有360°，指的是一个圆周。个人意见，仅供参考。

富士TT

回复 239# piandh


    非常感谢你出色的工作，图形表示得非常清楚和明白，实际上是4个齿构成了2个完整和独立的磁回路，不会导致这4个齿之外的磁通路径（假设磁阻相差很悬殊，也即齿部不饱和）。

另外，跟是否三相对称正弦电流好象没有关系，也就是说只要某一相通电任意波形，其余2相线圈中均不会感应出电压，除非饱和。

piandh

有用客气。除了三相交流永磁电机外，其它结构型式或控制型式的永磁电机没搞过，所以其相关理论也没看过。只是通过此贴才引起兴趣。我同意你的看法，除非磁路饱和，正常情况下是不会的。
但若转子磁场对A相的匝链（两边各四个槽）若不对称，会不会出现不为零的情况呢?

piandh

ZENGXIAODONG及富士TT：继续发新贴呀？要不沉下去了。大家都在等着看你们的进一步的深入分析呢。

sindy

我就见过，同一绕组就套过不同极数的，不知是不是这个问题

lunmoumotor

还是不明白啊，谁帮忙再解释下

富士TT

回复 246# piandh


    不知楼主答辩完成了没有？还是请楼主按照Zengxiaodong的仿真大纲做一个系统性的仿真，我也很想知道最终结果。

富士TT

回复 218# 富士TT


有一个外国人提出了一个公式，判断集中绕组的相间互感为零的条件，这个公式是：

2p=Z±2t

其中t就是大家熟知的单元电机数！不知这个公式是如何得出的？也不知道是否正确？