永磁電機槽極配合及實用設計

前言
第1章　永磁電機槽極配合與電機性能1
1.1　馬達運轉的質量特性1
1.2　電機結構與槽極配合3
1.3　電機槽極配合與電機性能、製程的關係4
1.4　電機槽極配合對馬達主要參數的影響4
第2章　永磁電機槽極配合與繞組6
2.1　電機槽極配合6
2.2　電機繞組形式7
2.2.1　單節距繞組7
2.2.2　多節距繞組8
2.2.3　整數槽繞組及分數槽繞組8
2.3　電機繞組的分佈形式11
2.3.1　單層繞組與雙層繞組11
2.3.2　槽極配合的分佈12
2.4　電機繞組的顯極與庶極16
2.4.1　繞組顯極和庶極的名稱由來16
2.4.2　顯極與庶極的繞組排列18
2.4.3　顯極與庶極的特徵18
2.4.4　顯極與庶極的繞組接法19
2.5　馬達的節距和極距20
2.5.1　節距和極距定義20
2.5.2　單層繞組的節距20
2.5.3　雙層繞組的節距22
2.5.4　單層與雙層繞組的應用23
2.6　電機繞組的分區23
2.6.1　繞組分區簡介23
2.6.2　分區中的繞組分佈25
2.6.3　分區繞組的特徵26
2.6.4　對稱分區繞組與非對稱分區繞組的概念27
2.7　分數槽集中繞組的對稱與非對稱28
2.8　電機槽極配合與電機磁路的關係30
2.9　少極馬達的槽數37
2.9.1　馬達轉速與馬達極數的關係37
2.9.2　少極馬達的槽極比38
2.10　電機繞組排列42
2.10.1　電位星形法繞組排列設計42
2.10.2　繞組形式的分類43
2.10.3　大節距整數槽繞組排列與接線44
2.10.4　分數槽集中繞組排列與接線47
2.10.5　分數槽集中繞組排列簡圖法49
2.11　馬達設計軟體中的繞組排列51
第3章　永磁電機槽極配合與運轉及質量特性56
3.1　馬達運轉特性56
3.1.1　馬達運轉的機械特性56
3.1.2　馬達運轉的質量特性57
3.2　槽極配合與齒槽轉矩58
3.2.1　槽極配合與齒槽轉矩簡介58
3.2.2　齒槽轉矩的波形58
3.2.3　齒槽轉矩的計算60
3.2.4　齒槽轉矩的容許度61
3.2.5　齒槽轉矩的計算精度62
3.2.6　齒槽轉矩峰值的概念64
3.2.7　齒槽轉矩的評估因子65
3.2.8　齒槽轉矩的圓心角69
3.2.9　定子斜槽70
3.2.10　轉子分段直極錯位72
3.2.11　轉子分段直極錯位的形式75
3.2.12　齒槽轉矩波形的對稱度76
3.2.13　齒槽轉矩單峰波形的對稱度79
3.2.14　波形的對稱度對直極錯位段數的影響79
3.2.15　轉子直極錯位的分段選取法86
3.3　影響馬達齒槽轉矩的主要因素87
3.3.1　槽極配合與齒槽轉矩的關係87
3.3.2　馬達結構與齒槽轉矩的關係101
3.3.3　磁鋼極弧係數對齒槽轉矩的影響102
3.3.4　定子槽口對齒槽轉矩的影響112
3.3.5　磁鋼凸極對齒槽轉矩的影響115
3.4　槽極配合的轉矩波動130
3.4.1　轉矩波動的概念130
3.4.2　轉矩波動大小的定義130
3.4.3　轉矩波動大小的容許值132
3.4.4　斜槽、轉子分段直極錯位的扭力波動132
3.4.5　齒槽轉矩週期數與轉矩波動的關係 135
3.4.6　轉矩波動波形136
3.4.7　轉矩波動波形與馬達的多種因素138
3.4.8　齒槽轉矩不等於轉矩波動141
3.4.9　齒槽轉矩和轉矩波動的一些分析142
3.4.10　轉子直極錯位與馬達轉矩波動145
3.4.11　兼顧齒槽轉矩和轉矩波動的方法154
3.5　槽極配合與感應電動勢154
3.5.1　馬達的感應電動勢154
3.5.2　馬達感應電動勢的求取154
3.5.3　馬達感應電動勢波形討論159
3.5.4　馬達的空載與負載的感應電動勢 164
3.5.5　電機槽極配合的圓心角θ對感應電動勢的影響164
3.5.6　感應電動勢的設定技術166
3.5.7　測試馬達感應電動勢控制馬達的性能166
3.6　槽極配合的馬達諧波166
3.6.1　諧波的基本介紹166
3.6.2　用MotorSolve軟體求取諧波的方法167
3.6.3　馬達評估因子與馬達諧波的關係168
3.6.4　削弱馬達高次諧波的方法168
3.7　槽極配合對馬達最大輸出功率的影響169
3.7.1　馬達槽極比與最大輸出功率倍數的關係169
3.7.2　槽數相同，極數減少，最大輸出功率增加169
3.7.3　極數確定，槽數增加，最大輸出功率增加170
3.8　評估因子、圓心角與馬達大小無關171
第4章　馬達繞組係數和轉矩的計算172
4.1　馬達繞組係數計算172
4.1.1　馬達繞組係數的概念172
4.1.2　分數槽集中繞組的繞組係數174
4.1.3　大節距繞組的繞組係數191
4.1.4　單節距馬達的繞組係數207
4.2　馬達轉矩的計算212
4.2.1　永磁同步馬達的內功率因數角212
4.2.2　內功率因數角γ求取方法一213
4.2.3　內功率因數角γ求取方法二214
4.2.4　馬達轉矩和轉矩波動的求取214
4.2.5　MotorSolve 2D轉矩曲線分析222
4.2.6　Motor-CAD 2D轉矩曲線分析224
4.2.7　馬達實例計算227
4.2.8　馬達軟體計算230
4.2.9　轉矩角、內功率因數角導入2D計算的誤差分析與修正方法237
第5章　永磁電機結構設計方法與技巧246
5.1　馬達結構的主要參數和設計方法 246
5.1.1　馬達設計分析的方法介紹246
5.1.2　馬達的測評247
5.1.3　馬達的改制250
5.1.4　馬達系列設計251
5.1.5　有參考馬達的全新設計255
5.1.6　沒有參考馬達的全新設計257
5.2　馬達的軟體快速設計265
5.3　永磁無刷馬達簡捷設計步驟（採用RMxprt軟體）292
5.4　永磁同步馬達簡捷設計步驟（採用RMxprt軟體）296
第6章　永磁電機槽極配合的設計應用299
6.1　少槽馬達槽極配合的設計 299
6.1.1　單節距少槽馬達299
6.1.2　大節距少極馬達323
6.2　DDR力矩馬達槽極配合的設計331
6.2.1　DDR馬達槽極配合的設計思想分析331
6.2.2　24槽不同極數的槽極配合的分析332
6.2.3　48槽不同極數的槽極配合的分析337
6.2.4　DDR馬達實例設計與分析339
6.3　無框力矩馬達槽極配合的設計349
6.3.1　無框馬達設計指標350
6.3.2　電機形式的判定351
6.3.3　馬達結構尺寸的分析352
6.3.4　科爾摩根TBM7615-A樣機的分析354
6.3.5　設計要點354
6.3.6　材料與參數的決定355
6.3.7　電機槽極配合的分析355
6.3.8　TWO-76D2-280電機設計思路356
6.3.9　電機槽極配合的選取357
6.3.10　定子斜槽359
6.3.11　定子開輔助槽359
6.3.12　熱分析及馬達絕緣等級359
6.3.13　無框永磁同步馬達設計思路360
6.3.14　無框永磁同步馬達模組建立360
6.3.15　無框永磁同步馬達設計計算書360
6.3.16　馬達反電動勢分析363
6.3.17　馬達轉矩常數計算365
6.3.18　無框永磁同步馬達轉矩波動及齒槽轉矩分析365
6.3.19　無框永磁同步馬達性能圖表及2D分析圖表及分析368
6.3.20　設計馬達性能比較370
6.3.21　無框馬達槽極配合的設計小接面371
6.4　電動車馬達槽極配合的設計372
6.4.1　電動車馬達的槽極配合372
6.4.2　電動車馬達的槽極比373
6.4.3　槽極配合在電動車馬達中的應用374
6.4.4　槽極配合在電動車馬達上的應用分析375
6.4.5　電動汽車馬達設計分析之一388
6.4.6　電動汽車馬達設計分析之二403
6.5　特殊槽極配合馬達的設計409
6.5.1　5.5kW 27槽8極馬達分析410
6.5.2　24槽8極和27槽8極馬達的性能分析設計410
6.5.3　12槽10極5.5kW馬達設計範例418
6.6　主軸電機槽極配合的設計425
6.6.1　主軸馬達概述425
6.6.2　主軸馬達的分類426
6.6.3　伺服馬達與主軸馬達的區別427
6.6.4　主軸馬達的形狀428
6.6.5　主軸馬達的冷卻方式428
6.6.6　電主軸馬達的應用429
6.6.7　主軸馬達的結構430
6.6.8　主軸馬達的轉動慣量433
6.6.9　主軸馬達的槽極配合434
6.6.10　主軸馬達性能與負載與工作狀態分析436
6.6.11　主軸馬達的參數436
6.6.12　主軸馬達的編碼器437
6.6.13　主軸馬達的工作頻率439
6.6.14　主軸馬達的設計一439
6.6.15　主軸馬達的設計二446
6.6.16　主軸馬達的設計三455
6.6.17　主軸馬達的設計四463
6.6.18　主軸馬達的設計五469
6.6.19　主軸馬達的設計六472
6.6.20　主軸馬達的設計七485
6.6.21　交流主軸馬達實例分析505
6.6.22　感應少槽少極馬達的分析516
參考文獻523