分布繞組的案例
分布繞組&集中繞組
電機的定子繞組形式有兩種：
分布繞組
和集中繞組。
如下圖所示，在分布式繞組中，繞組纏繞在至少兩個定子齒上，在集中繞組中，繞組僅纏繞在一個定子齒上。
分布繞組徑向接線圖
集中式繞組徑向接線圖
分布繞組線性接線圖
集中繞組線性接線圖
對于分布式繞組，繞組的上端和下端重疊，電機的這個區域也稱為繞組頭，由于重疊，分布式繞組的繞組頭比集中式繞組的繞組頭大，見下圖。
因此
，集中繞組
一般用于
非常短的
電動機
，這樣可以減少繞組頭的歐姆損耗，
且更容易制造
和降低成本。但電動汽車上的電機往往采用分布式繞組，主要是考慮到分布式繞組與集中式繞組的反電動勢特性不同。
如上圖所示，分布式繞組的電機的反電動勢電壓呈正弦曲線，而集中式繞組的電機的反電動勢電壓呈梯形曲線。這意味著集中式繞組的電機可以產生更大的扭矩，但同時會產生更多的諧波導致更大的損耗和NVH問題；分布式繞組的電機在設計之初就需要考慮極槽配合，需要分析該極槽配合下可能會產生的電磁力波階次、頻率及大小來優化NVH問題。
以上主要是對電機定子繞組兩種形式的概念總結，由此衍生的電驅方面知識，例如NVH優化方法途徑、電機電控的損耗及其優化途徑等會陸續進行總結。
展開 豐田新型電驅動力總成（P810）技術解析
分段導線的繞組線(SC分布繞組)與第4代HV系列的其他電機相同，但為了提高輸出功率，首次將繞組線的連接從串聯更改為并聯，同時冷卻方式也采取雙系統，滿足大扭矩、大功率的需求。此外，發電機方面，不是第3代、第4代HV系列采用的集中繞組，而是SC分布繞組。
豐田新型電驅動力總成（P810）技術解析
分段導線的繞組線(SC分布繞組)與第4代HV系列的其他電機相同，但為了提高輸出功率，首次將繞組線的連接從串聯更改為并聯，同時冷卻方式也采取雙系統，滿足大扭矩、大功率的需求。此外，發電機方面，不是第3代、第4代HV系列采用的集中繞組，而是SC分布繞組。
豐田新型電驅動力總成（P810）技術解析
分段導線的繞組線(SC分布繞組)與第4代HV系列的其他電機相同，但為了提高輸出功率，首次將繞組線的連接從串聯更改為并聯，同時冷卻方式也采取雙系統，滿足大扭矩、大功率的需求。此外，發電機方面，不是第3代、第4代HV系列采用的集中繞組，而是SC分布繞組。
車用永磁同步電機設計不簡單！
適合匹配的繞組結構
集中繞組（ISG)。
“V”型磁路結構
優點：
a.結構工藝相對簡單；
b. 具備聚磁效果
c.電樞反應交軸回路通道增寬
缺點：
a.極漏抗大
b.不適用于轉子厚度苛刻的場合 。
適合匹配的繞組結構
分布繞組（TM)。
“V+一”型磁路結構
優點：
a.具備聚磁效果明顯，可控；
b. 極漏抗得到約束
c. 磁阻扭矩較“V”大
d.適用于滲鏑或滲鋱工藝。
缺點：
a.設計不合理易出現局部退磁。
b. 不適用于轉子厚度苛刻的場合 。
適合匹配的繞組結構
分布繞組（TM)。
“雙V”型磁路結構
優點：
a.具備聚磁效果明顯，可控；
b. 磁阻扭矩較“V”大
c.適用于滲鏑或滲鋱工藝。
缺點：
a.磁鋼加工與裝配工藝復雜 。
b. 不適用于轉子厚度苛刻的場合 。
適合匹配的繞組結構
分布繞組（TM)。
4.2車用永磁同步電機磁路結構發展趨勢
a. 適應高磁阻扭矩性能和低磁鋼消耗
多層磁鋼布置l輔助槽（孔）的使用
不同材料的磁鋼混用
b. 滿足電機和變速箱一體化需求，追求轉子尺寸的薄型設計。
“一”改進型（針對集中繞組電機）
對V或V+一結構的基礎上改進，例如特殊的慈橋孔，特殊的磁路飽和分布。
c. 新型磁鋼工藝或高性能硅鋼片材料的發展。
多層，薄磁鋼（磁鋼厚度≤4mm)
超薄磁橋
圓周磁橋不均勻
d. 迎合創新控制策略對電機磁路參數的特殊需求變革。
展開 電機丨PMSM與BLDC的分割線
左：PMSM反電動勢EFM波形 右：BLDC反電動勢EFM波形
定子部分對比比較明顯，PMSM常用短距分布繞組，偶爾也會用分數繞組，以進一步減小紋波和齒槽轉矩；BLDC采用集中繞組。轉子部分，以前多用PMSM采用弧形磁鋼（以粘結形式居多），BLDC多采用瓦片形狀（以燒結形式居多），兩者使用上區別并不是很大，以至于現在都可以互換使用，但燒結磁鋼的形式磁能積普遍高于粘結形式，所以多采用燒結形式。
控制策略方面，現代普遍采用矢量控制FOC算法，這些本人不是這方面的人士，不再詳細說明了。
功率密度、轉動慣量：普遍認為的兩者相同體積、材料均相同，銅損、鐵損相同情況下，比較兩者輸出功率，由于控制方面使用正弦波與梯形波的原因，BLDC功率密度要高１５％；因為BLDC可多提供１５％的輸出功率，所以其可多提供１５％的電磁轉矩，如果兩者轉自的轉動慣量相同，那么BLDC的轉矩慣量要大１５％。但由于正弦波控制的穩定性，如果控制策略均使用正弦波控制，兩者區別并不明顯。
性能方面：與之前條件相同，普遍BLDC性能高，但齒槽轉矩、諧波分量等方面PMSM更具有優勢。
制造工藝：轉子制造兩者相同，但定子組件從上圖很容易看出PMSM更為復雜，主要包含 鐵芯沖壓——繞線——嵌線——整形——綁線 幾道工序，過程中易出現漆傷、槽楔槽絕緣損壞等問題。BLDC主要省去了嵌線、整形的工序，因其繞線過程直接繞在鐵芯上。
BLDC繞線機
總結：實際上BLDC直流無刷電機是一種特殊的PMSM永磁同步電機，區分也僅是集中繞組與分布繞組產生的不同。在設計過程中，選擇哪種形式更為適合，取決于客戶最終追求的目標和實際生產的加工方式。
展開 PMSM電機結構及控制原理
定子由外框和帶繞組的鐵芯組成。 最常見的兩相和三相繞組設計。
根據定子設計，永磁同步電機可以：
分布式繞組；
集中繞組。
定子集中繞組
定子分布式繞組
分布式調用這樣的繞組，其中每極和每相的槽數 Q = 2, 3, ...., k。集中稱為這種繞組，其中每極和每相的槽數 Q = 1。在這種情況下，槽均勻地分布在定子的圓周周圍。 形成繞組的兩個線圈既可以串聯也可以并聯。 這種繞組的主要缺點是不可能影響 EMF 曲線的形式。
三相分布式繞組電路
三相集中繞組電路
電動機的反電動勢形式可以是：
梯形；
正弦。
導體中 EMF 曲線的形式由定子圓周周圍間隙中磁感應強度的分布曲線決定。眾所周知，轉子凸極下方間隙中的磁感應強度呈梯形。 在導體中感應出的 EMF 具有相同的形式。 如果有必要產生正弦電動勢，則磁極尖端的形狀應使感應分布曲線接近正弦曲線。 轉子極尖的斜面有助于實現這一點。
同步電機的工作原理
同步電機的工作原理是基于定子的旋轉磁場和轉子的恒定磁場的相互作用。同步電機定子旋轉磁場的概念與三相感應電機相同。
根據安培定律，轉子磁場與定子繞組的同步交流電相互作用，產生扭矩，迫使轉子旋轉。位于 PMSM 轉子上的永磁體產生恒定磁場。 在轉子與定子磁場同步旋轉的速度下，轉子磁極與定子的旋轉磁場互鎖。 對此，永磁同步電機直接接入三相電流網絡（電網中的電流頻率為50Hz）時，不能自行啟動。
PMSM的控制
永磁同步電機需要控制系統，例如變頻驅動器或伺服驅動器。有大量的控制技術實現了控制系統。最優控制方法的選擇主要取決于擺在電力驅動面前的任務。
展開 只看這篇文章就能了解電動機的分類及應用~
凸極式罩極電動機的定子鐵心外形為方形、矩形或圓形的磁場框架，磁極凸出，每個磁極上均有1個或多個起輔助作用的短路銅環，即罩極繞組。凸極磁極上的集中繞組作為主繞組。
隱極式罩極電動機的定子鐵心與普通單相電動機的鐵心相同，其定子繞組采用分布繞組，主繞組分布于定子槽內，罩極繞組不用短路銅環，而是用較粗的漆包線繞成分布繞組（串聯后自行短路）嵌裝在定子槽中（約為總槽數的2/3），起輔助組的作用。主繞組與罩極繞組在空間相距一定的角度。
當罩極電動機的主繞組通電后，罩極繞組也會產生感應電流，使定子磁極被罩極繞組罩住部分的磁通與未罩部分向被罩部分的方向旋轉
展開 同步磁阻電機原理&結構介紹
同步磁阻電機是一種同步電動機，其轉矩是由于轉子的正交軸和直軸的磁導率（磁導率）不等而產生的，它沒有勵磁繞組或永磁體 。
同步磁阻電機的構造
磁阻電機的定子可以是分布式和集中式繞組，由框架和帶繞組的鐵芯組成。
同步磁阻電機
分布式繞組同步磁阻電機定子
磁阻電機的轉子分為三種主要類型：凸極轉子、軸向疊片轉子和橫向疊片轉子。
帶凸極轉子
軸向疊片轉子
橫向疊片轉子
同步磁阻電機的工作原理
通過定子繞組的交流電在電動機的氣隙中產生旋轉磁場。當轉子試圖通過施加的磁場建立其最具導磁性的軸（d 軸）以最小化磁路中的磁阻（磁阻）時，會產生扭矩。轉矩的幅度與直接 Ld 和正交 Lq 電感之間的差值成正比。因此，差異越大，產生的扭矩就越大。
同步電機的磁場線
可以借助下圖解釋主要思想。由各向異性材料組成的物體“a”沿d軸和q軸具有不同的電導率，而物體“b”的各向同性磁性材料在所有方向上具有相同的電導率。如果 d 軸和磁場線之間存在角度，則施加到各向異性物體“a”的磁場會產生扭矩。顯然，如果物體“a”的 d 軸與磁場線不重合，物體就會在磁場中引入畸變。在這種情況下，扭曲磁力線的方向將與物體的 q 軸重合。
在磁場中具有各向異性幾何形狀 (a) 和各向同性幾何形狀 (b) 的物體
具有各向異性幾何形狀的物體周圍的磁場線
在同步磁阻電機中，磁場由正弦分布的定子繞組產生。磁場以同步速度旋轉，可視為正弦曲線。在這種情況下，總會有一個扭矩旨在通過減少沿 q 軸的場失真（δ→0）來降低整個系統的勢能。如果角度δ保持不變，例如通過控制磁場，那么電磁能將不斷地轉化為機械能。定子電流負責磁化并產生試圖減少磁場失真的轉矩。
展開 新能源驅動電機定子幾種常見的扁線繞組型式
“定子繞組是指安裝在定子上的繞組,也就是繞在定子上面的銅線。繞組是由多個線圈或線圈組構成一相或整個電磁電路的統稱。電機繞組根據線圈繞制的形狀與嵌裝布線方式不同，可分為集中式和分布式兩類。集中式繞組的繞制和嵌裝比較簡單，但效率較低，運行性能也差。目前的交流電機定子絕大部分都是采用分布式繞組，根據不同機種、型號及線圈嵌繞的工藝條件，電機各自設計采用不同的繞組型式和規格”。
01
Hair pin / 發夾式繞組
Hairpin是目前比較常見的扁線繞組形式，由于單根形狀比較像發夾，所以也叫發夾式繞組。該繞組型式的特點是只需要焊接一端。
02
i-pin繞組
i-pin最大的特點是制造工藝簡單，一字型扁銅線直接插入定子槽內后扭頭焊接，特點是端部兩頭都需要焊接。
展開 不同槽極數配合的永磁電機噪聲特性分析
2 定子系統固有模態分析
在不考慮定子殼、繞組、端蓋等因素的情況下，對定子鐵心的模態進行了分析。定子鐵心( 0，4) 、 ( 1，4) 、( 0，6) 、( 1，6) 四個模態的分布如圖 1 所示。
從圖中可知，同一徑向模態可以跨越較寬的頻率分布帶。比如徑向 4 階模態，當軸向模態為 0 階時，頻率為 2083 Hz，當軸向模態為 1 時，頻率為 2773 Hz。由于該分析沒有考慮定子殼、繞組、端蓋的影響，相同的模態，整個電機的模態頻率要比圖 1 的分析結果高。
展開 
變頻空調壓縮機電機的振動噪聲優化研究
但隨著市場競爭的加劇，在1～3 HP家用空調領域，分布式繞組變頻電機逐漸被集中式繞組電機取代，雖然集中式繞組電機較分布式繞組電機有更低的成本優勢和更高的性價比，但其噪聲問題較分布式變頻電機更為嚴重。隨著人們對家用電器噪聲舒適性的要求越來越高，變頻壓縮機電機的噪聲優化愈來愈受到重視[1]。
在噪聲改善上，得益于計算技術的發展，有限元+電機優化算法+多物理場耦合分析已廣泛應用于電機優化設計上[2-3]，但傳統拓撲結構的設計優化效果變得有限。另一方面，基于磁場調制原理的新結構電機成為近年研究熱點[4-7]，磁齒輪電機、永磁游標電機、無刷雙饋電機是新原理電機的典型代表，但上述研究的新結構目前主要應用于直線電機、風力發電機等，與空壓的傳統應用結構相結合的難度大。
展開 如何測量和判斷電機是否匝間短路？
如何測試電機是否匝間短路
匝間故障的原因及危害
（1）電動機繞組的匝間接觸面積與繞組的匝長基本相同。匝間絕緣往往是電磁線本身的絕緣或很薄的附加匝間絕緣，如薄膜或云母墊條等。匝間絕緣的介電強度遠不如對地絕緣。此外，匝間絕緣在繞線、嵌線、拉形、復形、烘壓等工序中都可能受到損傷。
（2）電動機在運行中繞組絕緣承受工頻電壓、瞬時過電壓、操作過電壓和雷電過電壓。這些電壓同時作用于對地絕緣和匝間絕緣上。
額定匝間工頻電壓僅幾十伏，對匝間絕緣損傷少。損傷匝間絕緣的主要因素是各種過電壓。過電壓是一種非周期性的瞬態電壓，稱為沖擊過電壓，其峰值可高達額定電壓的數十倍，波前時間可短至0.1 us。在幅值升降的同時以一定速度進入到電機繞組。
如果在波前時間內波前部分全部進入線圈第1匝內，則匝間絕緣承受到峰值電壓，如果進入第1～2匝內，則減為一半。一般認為在高壓電機中，由于導線排列整齊，沖擊波的幅值均勻分布在繞組的第1只線圈各匝之間，匝間絕緣承受的沖擊電壓為幅值除以第1只線圈的匝數。在散嵌繞組中具有隨機性。從第2只線圈開始，分布電容衰減的作用使幅值下降。因此，匝間絕緣是電機絕緣結構中的薄弱環節。現場運行實踐也證明，匝間絕緣的故障率最高。
如何測試電機是否匝間短路
（3）匝間故障的短路匝在電動機內部，在交變磁場的作用下，產生感應電動勢，短路匝自成回路，感應電動勢就在這個電阻很小的閉合回路中產生很大的電流。該電流高達額定電流的若干倍，使短路匝的溫度比其他匝高，時間一長，絕緣材料便老化、焦脆脫落，由匝間絕緣損壞開始，最終可能導致相間或對地絕緣的擊穿，最終燒壞電動機。所以，要延長電動機的運行壽命，提高匝間絕緣的優良機電強度和工藝性能很有必要。
展開 直觀看圖，幫助理解變壓器鐵心的空載損耗工藝系數(1)——三相三柱式鐵心
鐵心結構對空載損耗工藝系數影響涉及到諧波磁通、硅鋼取向特性、磁通分布等較深層次內容，單純文字理解與頭腦相像有一定難度。嘗試以直觀的仿真動圖及曲線圖來展示不同鐵心結構下，通過鐵心柱和鐵軛中磁通密度分布及相應繞組的感應電壓波形，來分析空載損耗工藝系數。
三相三柱式鐵心結構
鐵心和鐵軛中磁通密度和磁力線隨時間變化。
關注點：局部高磁密
感應電壓的波形
關注點：完美正弦波。
注：鐵心的硅鋼片沒有設置各向異性的特性，會對仿真有一定影響，請自行判斷。
基于Simulink的永磁同步電機調速系統的建模與仿真
因傳統的頻率可調的電機，多采用的是用模擬電路控制電源的技術，要實現較高的要求是很困難的，為了我們能夠很方便的分析，我們假定：
（1）磁路不飽和，電機電感不受電流變化影響，不計渦流和磁滯損耗；
（2）忽略齒槽、換相過程和電樞反應的影響；
（3）三相繞組對稱，永久磁鋼的磁場沿氣隙周圍正弦分布；
（4）電樞繞組在定子內表面均勻連續分布；
（5）驅動二極管和續流二極管為理想元件；
（6）轉子磁鏈在氣隙中呈正弦分布。
4、控制系統的仿真模型
采用的是最簡單的id=0的控制方法。id=0時，從電動機端口看，永磁同步電機相當于一臺他勵的直流電動機，定子電流中只有交軸分量，而且定子磁動勢空間矢量與永磁體磁動勢空間矢量正交，電動機轉矩中只有永磁轉矩分量。因為電磁轉矩僅僅依賴交軸電流，從而實現了轉矩表達式中的交直軸電流解耦。仿真模型如下圖所示：
控制模型主要包括轉速給定部分，比例積分（PI）模塊，坐標轉換模塊，逆變器控制模塊，以及電動機模塊。下面進行一一介紹。
4.1、轉速給定模塊
轉速給定模塊使用Simulink中的常數（constant）模塊，單位為rpm。
4.2、比例積分模塊
調速系統實施轉速閉環控制，轉速比例積分調節器中的比例模塊設置比例參數，積分模塊設置積分參數。調節器內同時設置了內限幅和外限幅模塊（saturation）。
4.3、坐標轉換模塊
根據上述坐標轉換原理，我們建立dq到abc坐標系和abc到dq坐標系的轉換模塊。
4.4、逆變器控制模塊
采用電流滯環脈沖寬度調制方法，該模塊輸入為三相相電流給定值和三相相電流實際值，輸出為三相相電壓。
展開 