新能源汽車驅(qū)動電機定子繞組設(shè)計

不急，繞組形式雖然復(fù)雜，但是有共通的原理和方法，只要掌握了方法，就可以依葫蘆畫瓢分析所有繞組，包教包會，各位客官請聽我娓娓道來！

我們都知道旋轉(zhuǎn)電機的原理是通過定子繞組產(chǎn)生均衡的旋轉(zhuǎn)磁場，牽引轉(zhuǎn)子上的磁極進行轉(zhuǎn)動。

電機旋轉(zhuǎn)示意圖

為了避免旋轉(zhuǎn)過程中速度不平穩(wěn)和輸出轉(zhuǎn)矩波動的情況，定子的三相繞組必須使U、V、W三相的合成電動勢的相位差為120°，這樣才能使旋轉(zhuǎn)磁場的方向勻速轉(zhuǎn)動并保持場強恒定。至于為什么是這樣的，我們可以從三相交流電的來源進行理解，三相交流電本身就是源自轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電勢，電動機只是發(fā)電機的“逆向”過程。為了形象理解三相電的合成情況，可以參考下面這張示意圖。

三相交流電合成示意圖

需要特別注意的是，這里的相位角指的是電角度，而非物理意義上的角度。

然后再來理解一下疊繞、同心繞組等等繞組的區(qū)別。首先我們需要理解一個線圈其實就是四根導(dǎo)體連在一起，兩個槽內(nèi)導(dǎo)體和兩根端部導(dǎo)體，定子繞組中產(chǎn)生磁場的主要是槽內(nèi)導(dǎo)體，而端部導(dǎo)體只起到連接槽內(nèi)導(dǎo)體的作用，因此一般希望端部導(dǎo)體長度越短越好，這樣可以減少端部用銅量。所以疊繞、同心繞法的區(qū)別僅僅是連接導(dǎo)體的方式不同而已，不同繞法的線圈裝配難度、端部用銅量不同。

疊繞組示意圖

同心式繞組示意圖

好的，接下來跟大家分析一下設(shè)計繞組連接的方法。我們將每極每相槽數(shù)為整數(shù)的繞組稱為整數(shù)槽繞組，每極每相槽數(shù)為分?jǐn)?shù)的繞組稱為分?jǐn)?shù)槽繞組。為了簡化問題，先對單層整數(shù)槽繞組進行說明，后面會解釋單層繞組和雙層繞組的區(qū)別。我們先以18槽6極的繞組為例講解一下繞組設(shè)計方法。

先計算每槽之間的物理角度： α=360/18=20°，因此每槽之間的電角度： β=p?α=3?20°=60°，我們對槽依次排序，1, 2......18，然后我們就可以畫出定子槽的矢量星形圖，如下圖所示。

電壓矢量星形圖

然后我們對矢量圖進行60°相帶劃分（U, -U, V, -V, W, -W六個相帶），如下圖所示。

60°相帶劃分示意圖

將U、V、W三相的電壓矢量進行合成，可以得到如下圖所示的三條等大相距120°角的三條合成電勢矢量。

合成矢量圖

綜上可知，1，7，13號槽的導(dǎo)體應(yīng)正向連接U相電路，4，10，16號槽反接U相電路；V、W相同理。

18槽6極繞組接線示意圖

整數(shù)槽繞組的矢量圖一般比較規(guī)整，而分?jǐn)?shù)槽繞組的矢量圖比較雜亂，但分析方法是一樣的，每槽間物理角度 α=360/12=30°，每槽間電角度 β=pα=5?30=150°，每極每相槽數(shù) z=12/3/5=45z=12/3/5=4/5為分?jǐn)?shù)，下面展示了12槽10極繞組的星形矢量圖以及60°相帶劃分情況。

12槽10極電機定轉(zhuǎn)子示意圖

12槽10極星形矢量圖及相帶劃分

12槽10極矢量合成圖

基于以上分析，分?jǐn)?shù)槽繞組連接方式如下：1槽和6槽導(dǎo)體接U相電路正方向，7槽和12槽導(dǎo)體反接U相電路;V、W相同理。以上就是分析繞組連接的通用方法，就算是幾十槽幾十極的復(fù)雜繞組，依舊可以利用該方法進行分析，只是過程更麻煩一些。

最后再介紹一下單層繞組和雙層繞組的區(qū)別，雙層繞組有上層繞組和下層繞組之分，相帶在上層邊和下層邊分布不一定相同，常錯開幾個槽距，可形成短距線圈，使端部長度縮短，減少耗銅量，同時短距繞組比整距繞組產(chǎn)生更正弦的磁動勢波形，削弱氣隙磁密的諧波成分。同時若上下層只錯開一個槽距，則可形成齒繞線圈，降低加工難度。

雙層繞組示意圖

（a）三相，雙層，疊繞組。單個端部繞組連線示意圖說明了線圈的節(jié)距。繞組由上層邊和下層邊組成，且下層邊順時針錯位一個槽距。短距繞組的磁場軸線如圖中所示；

(b)雙層繞組線圈端部采用預(yù)成型工藝，線圈的節(jié)距為W（或者為槽距的倍數(shù)y）。線圈端部從左邊槽底部開始至石邊槽的頂部。