一种10极12槽电机的新型绕组连接方式

摘要

华中科技大学学者发表了一篇关于10极12槽电机新型绕组设计的文章。该研究针对传统绕组连接方式谐波含量高的问题，提出了一种新的绕组连接方式，通过降低5次谐波绕组系数3.43%来减少空载反电势和平均输出转矩，同时显著降低了1次和12次谐波绕组系数达74.63%，有助于降低永磁体的涡流损耗。该研究为电机设计提供了一种新的思路，即通过改变绕组连接方式来改善电机性能，为未来的研究提供了广阔的探索空间。

正文

近日查阅文献时，发现一篇由华中科技大学学者发表的，让人眼前一亮的新型绕组设计文章[1]。今天刚好抽出时间，给大家分享一下。

传统的10极12槽电机绕组连接方式满足

A：1-6-(-7)-(-12)

B：2-(-3)-(-8)-(9)

C：(-4)-5-10-(-11)

该极槽配合的绕组分布可采用Maxwell软件直接得到。如图1a所示。然而，这种绕组分布方式存在谐波含量高的问题。为此，该文提出一种新型绕组连接方式，满足

A：1-6-(11)-(-12)

B：2-(7)-(-8)-(9)

C：3-(-4)-5-10

新型绕组的线圈排列情况如图1b所示。

a    

b

图1

两种绕组连接方式的各次谐波绕组系数，分别如表1和表2所示。

表1 传统绕组的谐波绕组系数

表2 新型绕组的谐波绕组系数

对于10极12槽电机来讲，5次谐波是其工作谐波，5次谐波绕组系数是基波绕组系数。从表中可以看出，新型绕组的绕组系数为0.901，小于传统绕组的0.933，降低了3.43%。这说明永磁体用量和电流相同时，新型绕组的空载反电势和平均输出转矩要小于传统绕组。两台电机的空载反电势和输出转矩分别如图2和图3所示。    

图3 空载反电势

图4 30A时的输出转矩

但是新型绕组的1次谐波和12次谐波绕组系数却比传统绕组小得多得多，降低了74.63%。这有助于降低永磁体的涡流损耗，如图5所示。在电机2000转时永磁体的涡流损耗较小，但若电机的转速增加到2万转，甚至20万转，那涡流损耗的差别可能会超出意料。    

图5

总结：该文为10极12槽电机提出一种新型绕组连接方式。仅从文章内容看，该文所提出的方法以牺牲输出转矩为代价，降低了12k±1次谐波。但是，文章给大家提出了一种设计思想：改变传统的绕组连接方式来改善电机性能。因该极槽配合的定子槽数太少，导致绕组变化情况少，但若是针对24槽、36槽、甚至更多槽数，能不能通过改变绕组连接方式进一步提高削弱效果，甚至在削弱谐波的同时增加基波，我们不得而知。但是该文提供一种全新的视野，给我们众多电机设计者留下广阔的探索空间。

参考文献

[1] Hu L, Yang K, Sun S, et al. Analysis of characteristics of permanent magnet synchronous machines with novel topology of fractional-slot concentrated winding[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2020, 30(4): 1-5.