每极每相槽数q=Z/2pm为分数的绕组,称为分数槽绕组。近年来,发展了分数槽集中绕组表贴式永磁电机,它的每极的每相绕组环绕一个齿距,即绕组的节距为1。集中绕组端部比传统分布式绕组的端部缩短,使电机的总体长度减少,因此减少了电机铜耗,所以具有较高功率密度和效率。这种电机通过优化每极每相槽数、绕组匝数,可以增加d轴电感,使电机的特性电流等于额定电流,具有较高的弱磁扩速能力。由于采用分数槽绕组,它的齿槽转矩减少,其特性与内置式永磁同步电机媲美[1-3]。图5-1所示为整数槽分布式绕组和分数槽集中绕组的示意图。
图5-1 表贴式永磁电机的整数槽分布式绕组和分数槽集中绕组
a)整数槽分布绕组 b)分数槽集中绕组
由于电机端部的线圈只起连接作用,对于产生感应电动势来说没有任何作用,只有处在定子槽内的线圈(元件有效边)才会对产生感应电动势有作用。对于整数槽的分布式绕组来说,线圈的端部常常要跨过几个槽距,如图5-1a所示。而分数槽集中绕组由于其节距Y=1,线圈端部仅需要绕过1个槽距,即一个齿上绕制一个线圈。因此,分数槽集中绕组相对于整数槽分布绕组来说节省了端部绕组,增大了槽内有效绕组所占的比重,节省了铜线,从而能够相应地减少电机总的铜耗。
在分数槽电机中,集中绕组是一种非常重要的分数槽绕组。采用绕组节距Y=1的分数槽绕组的永磁电机(见图5-1b),具有工艺简单、绕组端部短、绕组利用率高、功率密度高等优点[4]。图5-2所示为分数槽集中绕组展开图。根据电机槽数的奇偶性以及电机自身的工艺特性,可分别采用单层和双层绕组。在实际生产中,采用分数槽集中绕组的电机定子可以切分成很多块,从而使得绕线更加方便,提高了工作效率,如图5-3所示。
图5-2 分数槽集中绕组展开图
图5-3 切分的分数槽集中绕组(www.xing528.com)
图5-4所示为分数槽集中绕组的永磁同步电机[5,6]。
图5-4所示电机特别是交替绕制的绕组在电磁和物理结构上被有效隔离了,因此由于气隙电感增大和开槽的漏磁通,使自感增大,从而限制了短路电流,又由于线圈的物理结构隔离,可忽略线圈间的互感,因此减少了相间的故障,故这种电机与传统的电机相比有较高的弱磁性能和容错能力[3]。
特别是针对直径较大但是轴向长度较短的扁平形状的电机,分数槽集中绕组相比于整数槽分布绕组有明显的优势[7,8]。例如,本田Civic混合动力汽车中,由于其特殊的空间限制,该电机即采用的分数槽集中绕组,如图5-5所示。
图5-4 分数槽集中绕组的永磁同步电机
a)交替绕制的绕组 b)全部绕制的绕组
图5-5 本田Civic混合引擎中的30极36槽交替绕制式分数槽集中绕组钕铁硼永磁电机
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