極槽配合對分數(shù)槽外轉(zhuǎn)子無刷直流電機性能影響探討

吳永紅

（深圳市英大科特技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

在使用無刷直流電機的過程中，槽級比是影響電機功能發(fā)揮的關(guān)鍵因素之一。通常情況下，槽級比如果比較高，就會對高速無刷直流電機性能的提升起到關(guān)鍵性的推動作用。當下，在對電機槽級的比例關(guān)系進行選擇時，基本上都會考慮到極槽配合的問題。研究發(fā)現(xiàn)，極槽配合對分數(shù)槽外轉(zhuǎn)子無刷直流電機性能影響較大，故而有必要針對無刷直流電機性能的各種影響因素進行分析，便于日后進行使用，并對設(shè)備的性能進行改進。

1 研究背景

外轉(zhuǎn)子無刷直流電機的設(shè)計中，是一種對傳統(tǒng)無刷直流電機，以及外轉(zhuǎn)子之間的有效結(jié)合，這樣的設(shè)計方式下，不僅僅可以對傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)，起到簡化的效果，也相應(yīng)地保障了制作工藝的便捷性。其次，無刷直流電機的過程中，無論是結(jié)構(gòu)還是制作上都比較簡單，同時調(diào)速性能比較高、啟動轉(zhuǎn)矩比較大，并在運行過程中，有著較高的效率性。

伴隨著當下科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子電力器件也得到了全面的發(fā)展，使用了大量永磁材料，在性能上得到了全面的突破，特別是當市場廣泛地使用了釹鐵硼的永磁材料之后，更加推動了無刷直流電機的發(fā)展與進步。

我國一些專家學(xué)者的研究過程中，對不同的極槽配合的磁極進行了深入的研究，從不對稱的角度出發(fā)，消除了無刷電機齒槽轉(zhuǎn)矩。其次，還在進行研究的過程中，對不同的無刷直流電機的極槽配合，進行了針對性的分析，因此明確出了各種影響因素。在過去一些重要的文獻當中，都基本上都是對極槽配合下，如何進行降低齒槽轉(zhuǎn)矩方面的研究，但是始終缺乏對極槽配合下，對于電機的性能影響性分析，因此本文就基于此，進行無刷直流電機，進行分數(shù)槽繞組，以及對各種無刷直流電機，進行繞組連接方式的分析，以此保障對其實現(xiàn)良好的理論計算以及結(jié)論的得出。

2 無刷直流電機

無刷直流電機的運行原理上，基本上是一種傳利直流電機的氣動特性，同時并勵直流電機調(diào)速的過程中，所形成的一種特殊的梯形波，或者方波直流電機。在這樣的電機設(shè)計過程中，不僅僅可以具備著交流電機的結(jié)構(gòu)特征，在后續(xù)的運行操作、維護流程上，有著較高的優(yōu)勢，同時具備著傳統(tǒng)電機設(shè)計方式下，所存在的高效率、無勵磁繞組位置的損耗問題，這樣可以很好的提升電機設(shè)備的整體使用壽命。在過去進行電機的設(shè)計過程中，基本上在極槽比設(shè)計上，保持為3 的電機形式，因此這樣結(jié)構(gòu)就會導(dǎo)致受到銅耗的影響，為電機的整體運行效率帶來直接的影響[1]。

在極槽數(shù)量降低之后，可以提升槽滿率，進而全面提升電機的整體性能。在提升了繞組的分布效應(yīng)之后，就可以優(yōu)化電機在運行中，所出現(xiàn)的電動勢波形的正弦性。進行科學(xué)合理的繞組處理，可以很好地降低繞組的整體電阻量，而在降低銅耗之后，則并不會有效地提升運行效率[2]。

3 BLDC 分數(shù)槽機槽配合原理

3.1 約束條件分析

當下在進行分析的過程中，需要對其基于一個特定的公式，進行相應(yīng)的分析以及計算。

式中：m——電機相數(shù)；Z、P——電子單元電機，因此，公式的最后則是當做不可約的分數(shù)。這樣的計算過程中，就可有形成一個完整的約束條件。為了保障不同的相繞組對稱，急需要保障對其分到相同的槽數(shù)，以此形成一個良好的效果。

3.2 三相分數(shù)槽的極數(shù)關(guān)系

首先可以從感應(yīng)電動勢的角度進行分析，在線圈處于槽內(nèi)的時候。才可以形成有效的效果，因此在端部位置上是保持著失效的效果。對于分數(shù)槽的集中繞組上，往往具備著有線線圈周長，以及保持繞組端比較短，因此就要避免在其中設(shè)置出一定的絕緣性優(yōu)點。特別是在中小型無刷的直流電機的處理上，需要保障直徑與長度之間的扁平型。其次，還需要對其扁平型的電機處理中，保持一個良好的槽繞組[3]。

在分數(shù)槽集中的單元當中，為了進一步的提升繞組的系數(shù)，往往需要保障對其進行針對性的改造處理。例如，可以使用對線圈當中的元件邊電動勢，始終保持在180 的距離。而在之后的處理中，則要進行進一步的分析處理。

4 外轉(zhuǎn)子無刷直流電機的結(jié)構(gòu)類型分析

分數(shù)槽外轉(zhuǎn)子的電機在運行的過程中，要得到良好的參數(shù)調(diào)整，這樣才可以進行穩(wěn)定地運行。在本文的分析中，所研究的極槽配合方式，就是一種在對外轉(zhuǎn)子無刷直流電機，進行影響性的分析，本文所采用的分析模式下，就需要對其無刷直流電機，進行針對性的結(jié)構(gòu)性參數(shù)分析。圖1 為外轉(zhuǎn)子無刷直流電機。

圖1 外轉(zhuǎn)子無刷直流電機

5 極槽配合的性能影響

5.1 繞組系數(shù)

在分析的過程中，首先在繞組系數(shù)以及連接方式上，是對直流電機造成直接影響的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此就需要保障在進行處理的過程中，可以明確出當下繞組的系數(shù)分析，并進行針對性的調(diào)整，這樣就可以很好地保障未來處理過程中，形成一個完整的系數(shù)并分析處理。

5.2 氣隙磁密和諧波分析

當下進行氣場的磁場分析過程中，已經(jīng)成為電機在進行機電能量轉(zhuǎn)換過程中，技術(shù)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。在氣隙磁場的波形分析中，基本上都需要在對無刷直流電機，進行針對性的分析以及處理。首先，需要保障對電機齒槽轉(zhuǎn)矩進行針對性的大小分析。另外，梯形波的氣隙磁場當中，有著較為豐富的效果，因此就會導(dǎo)致在電機實際運行過程中，會出現(xiàn)較大的噪聲情況。在氣隙磁場的處理上，出現(xiàn)的諧波含量，也會直接導(dǎo)致電機鐵芯，出現(xiàn)較為嚴重的損耗問題。

在不同的極槽配合比下，往往會形成不同類型的氣隙形式，因此在進行分析的過程中，就需要對不同的情況進行針對性的試驗，以此明確出具體的諧波含量值。在實際的分析中，發(fā)現(xiàn)基本上在12 和16 級當中的諧波含量比較高。

通過后續(xù)的計算分析后可以發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的級弧系數(shù)的作用下，保持形成不同級別的氣隙感應(yīng)強度的平均值上，始終需要保持與最大值起到良好的比值關(guān)系。在不同的氣隙磁場當中，往往存在著不同的差值，因此就需要在進行處理的過程中，最大程度上控制氣隙磁場的平均值。通過實驗之后發(fā)現(xiàn)，不同的處理方式下，會導(dǎo)致其復(fù)制伴隨著極數(shù)的變化而發(fā)生著一定的改變。其次，進行處理的過程中，還會發(fā)現(xiàn)在極數(shù)增加之后，會出現(xiàn)一定的程度提升。

5.3 齒槽轉(zhuǎn)矩

當下在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元的運行過程中，其齒槽轉(zhuǎn)矩基本上都是被定義為電機內(nèi)部當中的電磁功能。另一方面，在位置角的處理過程中，其轉(zhuǎn)子相對初始位置的角度設(shè)計，一旦電樞鐵芯存在的磁導(dǎo)率比較大，就會使得電機內(nèi)部存在的存儲能量，可以保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)當中。

而在當轉(zhuǎn)子的運行過程中，在相對位置發(fā)生位置改變之后，就可以被認定為采用磁體的能量和恒定值。并不會產(chǎn)生一定的齒槽轉(zhuǎn)矩。因此，為了保障對氣隙磁場的能量，可以產(chǎn)生一定的齒槽轉(zhuǎn)矩，就需要在不同的位置上，保障對氣隙磁密，在永磁電機當中，進行針對性的分析，以此保障處理的合理性。

另外，在進行處理的過程中，分解系數(shù)往往會直接影響到齒槽轉(zhuǎn)矩的最大值，但是始終需要降低一些傅里葉分解系數(shù)，這樣就可以最大程度上降低整體的齒槽轉(zhuǎn)矩的大小程度。

現(xiàn)階段在無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子運行中，往往需要保障在轉(zhuǎn)一圈之后，就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的次數(shù)，基本上基于定子槽數(shù)，進行針對性的處理?，F(xiàn)階段在對應(yīng)的轉(zhuǎn)子運行中。往往要保障對其進行針對性的分析。其中。在一個電周期當中，基本上齒槽轉(zhuǎn)矩的波動效果，可以從多個角度進行分析，這樣的四種幾波齒槽的轉(zhuǎn)矩次數(shù)上，可以很好地與理論角度保持一個較高的一致性。

另一方面，在進行處理的過程中，從實驗的角度進行評估，基本上與理論上的表現(xiàn)情況大致相同。在四種極槽配合的電機處理中，往往可以很好地與當?shù)氐碾姍C運行模式保持一個良好的運行效果。

5.4 電子磁動勢

這是一種在運行的過程中，對其無刷直流電機，進行針對性的單元電機的處理，同時在進行諧波次數(shù)的處理上，基本上都可以很好地對其進行針對性的分析。例如，形成的諧波次數(shù)，就是一種對其進行針對性諧波脈診處理的動勢方式。

5.5 磁路基本結(jié)構(gòu)

在高速無刷的電機的設(shè)計過程中，其中轉(zhuǎn)子的磁路結(jié)構(gòu)上，始終呈現(xiàn)出多樣化的屬性，因此就需要在進行設(shè)計以及分析的過程中，始終要保障在一個科學(xué)合理的氣隙磁通的處理上，保持在一個鏡像的磁路，以及保障軸向的磁路處理上，始終在其轉(zhuǎn)子的位置，進行針對性的分析，這樣就可以很好地保障將其轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子這兩種不同的類型。在本文的分析中，所采用的分析模型，在散熱性上比較好，同時整體的轉(zhuǎn)速也可以得到良好的控制。

5.6 氣隙磁密的計算

對其進行詳細的計算分析，主要是由于在傳統(tǒng)的電機設(shè)計過程中，在對磁場進行轉(zhuǎn)換處理方式上，會對整個磁路造成直接的影響。基于當下實際的經(jīng)驗公式進行計算過程中，可以很好地得到氣隙磁通的密度，雖然這樣的計算方式下，往往存在著一定程度的計算方式的欠缺，但是在進行處理的過程中，往往可以很好地保障可以在后續(xù)處理中，適用于各種磁路的工程計算模式，在這樣的計算方式下，相比較有限元的分析方式，可以很好地避免受到有限元計算的影響，出現(xiàn)大量計算分析的問題，這樣便可以在后續(xù)進行分析的過程中，嚴格的基于一個良好的理論依據(jù)，實現(xiàn)針對性的分析以及處理，最大程度上提升處理的整體質(zhì)量。

例如，進行分析的過程中，就需要積極地做好各種類型的分析。其中，在磁極間的處理過程中，始終需要保持在一個良好的處理模式下，這樣才可以在未來進行處理的過程中，形成一個良好的數(shù)據(jù)此采集效果。特別是在一些特殊的節(jié)點處理上，讓其計算公式可以避免受到一些外界因素的影響。導(dǎo)致整體的處理效果不佳，進而對現(xiàn)階段數(shù)據(jù)信息的處理流程，造成直接的影響問題。為了保障在計算的過程中，可以提升避免一些有限元計算過程中的問題，就要在分數(shù)槽繞組，進行科學(xué)合理的分析以及評估，這樣極大地提升了處理的整體合理性，提升整體的效果。

5.7 處理總結(jié)

在上述的實驗過程中，是對分數(shù)槽繞組的無線直流電機，進行針對性的極槽配合分析，基本上可以很好地對直流電機，進行全面的分析以及仿真處理。

通過實驗的方式，可以很好地了解到在相同的繞組系數(shù)當中，不同的Z 與N 成對的情況下，所構(gòu)建出的一種單元電機方式。在電機的槽數(shù)的相同情況下，可以很好地具備著大致相同的繞組系數(shù)。一般情況下，在12 槽當中的10 級，以及在12 槽的14 級當中，保持著大致相同的繞組數(shù)量，同時在繞組的排列方式上，也保持著一定的相同水平。在12 槽的6 與5 級上，基本上也呈現(xiàn)出大致相同的繞組數(shù)量效果。

需要注意的是，由于始終電機槽數(shù)的不同，使得在氣隙磁場的幅值，以及在平均值，始終存在著一定的差異性。現(xiàn)階段對其進行詳細的評估之后發(fā)現(xiàn)?；旧蠚庀⒋艌龅钠骄?，會伴隨著極數(shù)的增加而不斷的增加，這樣呈現(xiàn)出的略微增加的情況下，使得順應(yīng)了磁場的增長趨勢。

在四種極槽配合的電機過程中，基本上始終都可以很好地對其極槽造成直接的影響。電機當中的極數(shù)越大的情況下，就會導(dǎo)致鐵心的損耗得到進一步的控制。

6 結(jié)語

綜上所述，在本文的分析中，基于實際的直流電機為出發(fā)點，進行了針對性的系統(tǒng)評估，以此明確出在實際運行中，所出現(xiàn)的一些影響因素，并對其實現(xiàn)了針對性的分析，最大程度上保障了在實際系統(tǒng)的設(shè)計中，可以得到針對性完善與改善，進而避免出現(xiàn)故障問題。