集中繞組的案例
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 集中繞組諧波優化
（轉）
引言
集中繞組電機具有很多優點，如繞組端部短小，銅線消耗小，電機尺寸小，重量輕， 成本低， 電機銅耗小，效率高，功率體積密度高，繞組適合采用自動繞線等等， 具有很廣的應用范圍。但是由于集中繞組的跨距只能是所以失去了跨距調整這一自由度，如果設計時沒有充分考慮到繞組的諧波情況，會造成電機反電勢波形不好，力矩波動大的問題。
由電機學的知識我們知道，反電勢的諧波是由磁鏈諧波而來，磁鏈諧波由兩個構成因素，一個是主極磁場的諧波，另一個是磁導諧波，這兩個因素共同形成了磁鏈的諧波。如果一個電機的主極磁場含有某一特定的諧波，如 5 次諧波，而同時磁導諧波也含有 5 次諧波，那么就會形成比較明顯的 5 次的諧波磁鏈，在反電勢中造成 5 次諧波的問題； 反之，如果磁導諧波不含有 5 次諧波，那么即使是主極磁場有 5 次諧波，反電勢的 5次諧波問題也不會太嚴重。因此，為改善集中繞組的諧波，需要從主極磁場諧波和磁導諧波兩方面著手。下 面以2P3S 的單元電機構成的6P9S 電機為例說明。
1、主極磁場諧波
主極磁場由于磁極的空間對稱性，決定了不含有偶次諧波的特性，通常是1 次基波和 3，5，7，9，11……等諧波。對 于 3 相 繞 組，3，9，15等3的倍數次諧波會被消除，同時主磁極的尺度大，因此 5，7等比較低次的諧波就成為改善重點，采用的改善方法是：
a）使用 0.8 的極弧系數
b）轉子外形調整成花瓣形，造成非均勻氣隙
這兩個方法共同對 5，7 次等低次諧波進行衰減。
2、磁導諧波
由于轉子沒有開槽，因此我們認為轉子的磁導為均勻的，定子開槽是造成磁導諧波的主要原因，這些諧波稱為齒諧波。
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 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。
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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。
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 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 汽車電機控制方案—單相無刷直流電機
汽車電機控制方案—單相無刷直流電機
1
引言
無刷直流電機轉子采用磁鋼勵磁，定子采用集中繞組，取消了電刷和換向器，具有效率高、結構緊湊、維護需求低的特點，按照其繞組相數可以將其分為單相無刷直流電機和多相無刷直流電機兩大類。
汽車上應用的發動機冷卻水泵、冷卻風機、空調壓縮機電機等功率較高、轉速控制范圍較廣的使用三相無刷直流電機居多。而單相無刷直流電機被廣泛應用于對電機啟動性能不高、轉矩脈動要求不高的小功率散熱水泵、小功率風機中。ZLG推出的單相無刷直流電機方案適用于小功率散熱水泵，可以通過PWM單線雙向控制，適用于12V系統下50W左右的電機。
2
認識單相無刷直流電機
單相無刷直流電機和三相無刷直流電機的結構相似，定子主要由定子鐵芯和電樞繞組所組成，轉子主要由永磁體構成。它們的轉子的永磁體被充成一定的磁極對數，定子鐵芯通常由磁軛和凸極所組成，定子上只有一相電樞繞組，其電樞繞組的具體連接方式如圖1所示。
圖1 單項無刷直流永磁電機的示意圖
單相無刷直流電機的定子上有一相電樞繞組W。
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 變頻空調器的變頻原理深度剖析
無刷直流電動機與交流的交流電動機或有刷直流電動機的最大差別在于其轉子足由稀上材料的永久磁鋼構成的，定子采用整距集中繞組。簡單地說，就是把普通直流電動機山永久磁鐵組成的定子變成轉子，把普通直流電動機需要換向器和電刷提供電源的線圈繞組轉子變成定子。這樣就可以省掉普通直流電動機所必需的電刷，而且其調速性能與普通的直流電動機相似，所以把這種電動機稱為無刷直流電動機。無刷直流電動機既克服了傳統的直流電動機的一些缺陷，如電磁譯：擾、噪聲、火花下．丁鉆性龍、壽命短，又具有交流電動機所不具有的一些優點，如運行效率高、調速性能好、無渦流損失。
所以，直流變頻空調相對于交流變頻空調而言，具有更大的竹能優勢。由于無刷直流電動機在運行時，必須實時檢測出永磁轉子的位置，從而進行相應的驅動控制，以驅動電動機換相，才能保證電動機平穩地運行。
實現無刷直流電動機位置檢測通常有兩種方法：
一是利川電動機內部的位置傳感器（通常為霍爾元件）提供的信號；
二是檢測出無刷直流電動機相電壓，利川相電壓的采樣信號進行運算后得出。
在無刷直流電動機中總有兩相線圈通電，一相不通電。一般無法對通電線圈測出感應電壓，因此通常以剩余的一相作為轉子位胃檢測信號用于捕捉感應電幾，通過專門設計的電子回路轉換，反過來控制給定子線圈施加方波電壓：由于后一種方法省掉了位置傳感器，所以直流變頻空調壓縮機都采川后一種方法進行電動機換相。
( 4 ）直流變頻空調與交流變頻空調的區別
交流變頻空調是將工頻市電220V 轉換為 3 10V 直流電源，并把它送到功率模塊（由晶體管開關等組合）。
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4
如何選擇和設置電機中常見的繞組形式
包括集中繞組，同心式繞組等，以及不同繞組形式對電機性能的影響？通過實例講解，幫助學員快速掌握不同電機類型所用繞組的特點。
5
如何設置不同控制類型
幫助用戶掌握正弦波、脈沖調制和外部算法等控制類型的注意事項和應用場合。
6
如何正確設置場路耦合算法
幫助用戶了解磁路法、場路耦合算法、有限元算法的基本原理、區別和應用場合，正確設置場路耦合計算參數。
深度解讀丨高功率密度集成電驅動技術
為了增加冗余，還可以使用開式繞組配置。這種逆變器拓撲采用雙兩電平逆變器，可以實現三電平輸出電壓，如圖6（a）所示。雙逆變器也可以在開路或短路故障下以降低的功率運行。然而，上述逆變器將使用比傳統兩電平逆變器更多的開關，并且將需要更多的柵極驅動器。控制復雜性也會增加。總的來說，這些方法可能無助于實現成本和功率密度目標。
為了達到美國能源部 2025 年 100kW/L 的目標，采取了不同的方法。不是直接研究逆變器的損耗和體積減小，而是考慮一種減小 DCbus 電容器體積的方法來優化逆變器體積。標準電壓源逆變器 (VSI) 在直流鏈路中會產生較大的紋波電流，因此需要一個較大的直流母線濾波電容器，該電容器可能占逆變器體積的 20%。在文獻中提出了分段逆變器，它可以顯著降低直流母線紋波電流和電容。將傳統 VSI 的驅動器更改為分段牽引驅動系統的過程如圖 7 所示。功率模塊中的逆變器開關和電機中的定子繞組分為兩組開關（在圖中以紅色和藍色表示）圖）和繞組（a1，b1，c1）和（a2，b2，c2）。進一步地，對于多極電機，定子繞組(a1，a2)、(b1，b2)和(c1，c2)的每一相組可以配置在相同的定子槽中，也可以錯位在不同的區域。每組開關（紅色或藍色）作為三相逆變橋連接到一組電機定子繞組，形成一個獨立的驅動單元。由于大多數大功率逆變器模塊中的開關由多個并聯的開關和二極管管芯組成，因此只需對開關配置進行少量修改即可形成分段逆變器。
兩個獨立驅動單元中相應開關的導通和關斷時序由基于載波的 PWM 方法的交錯開關控制。除了對逆變器中開關的 PWM 控制進行修改外，電機控制的實現不需要任何更改。
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
以分數槽的極槽配合建立了分別采用集中繞組與分布繞組的四種二維模型。利用有限元計算方法，得到空載氣隙磁密與反電勢波形、額定條件下的輸出轉矩情況。結果證明極槽比為 5 /6 的整數倍時，電機的空載特性與轉矩性能得到了改善，性價比得到了提高。
文獻《不同極槽配合永磁同步電動機振動噪聲分析》利用 Ansoft 軟件計算電機的主極磁場，再通過諧波分析得出各次諧波的幅值，最后利用分析結果計算電機的電磁噪聲。計算結果與實驗值吻合較好，并總結出不同極槽配合對電機電磁噪聲的影響。
本文以三種新能源汽車常用的槽極數配合的永磁電機為研究對象，從電磁力階次頻率特征分析、 定子鐵心模態分析、噪聲測試三個方面分析了槽極數配合對永磁電機振動噪聲的影響。
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