增程器发电机-18s定子槽下极槽配合分析及电磁计算

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课程所采用电机为一增程器发电机应用场景，结构形式为外转子分数槽集中绕组的永磁同步电机，主要内容为在给定定子槽数-18槽（从成本看，槽数越多，定子组件成本越大）下，对电机的电磁性能进行优化。课程以极槽配合作为出发点（当前为12p18s），分析18s下可能的极槽配合，从三相绕组对称条件、最多并联支路数、电枢磁场谐波特征（谐波次数及其旋转方向、各次谐波绕组系数及其幅值占比）、电磁力波特征、转矩脉动特征、相带划分特征、齿槽转矩等方面，分析对比六种极槽配合下的电磁表现，如下图所示，权衡考虑，最终选取了12p18s和16p18s，并进行了有限元仿真计算。

图不同极槽配合主要性能表现对比

三相绕组对称条件极最多并联支路数

12p18s和16p18s电枢磁场谐波特征如下，12p18s电枢磁场中包含非3倍数次的整数次谐波成分，且均为齿谐波，谐波绕组系数与基波绕组系数相等，其中-2次谐波幅值占比最大，为50%，并与基波旋转方向相反，4次谐波占比25%，-5次谐波占比20%，7次谐波占比为14.29；16p18s电磁磁场中除了含有非3倍数次的整数次谐波之外，还引入了一些次谐波成分，其中-1.25次谐波占比为80%，3.25次谐波占比为30.77%，-5次和7次谐波占比分别为2.96%、0.92%。

图 2p18s电枢磁场谐波特征

图 16p18s电枢磁场谐波特征

12p18s和16p18s电磁力波和转矩脉动特征如下图所示，这里只列出需要重点关注的阶次。永磁磁场和电枢磁场的5次谐波相互作用、7次谐波相互作用均可产生(0,6f)的电磁力波和6倍频的转矩脉动，11次谐波相互作用、13谐波相互作用可产生(0,12f)的电磁力波和12倍频的转矩脉动，尤其在电枢磁场中5、7次谐波占比比较大，因此对于12p18s电机来说需要重点关注(0,6f)、(0,12f)的电磁力波和6、12倍频的转矩脉动。16p18s需要重点关注(-2,2f)、(0,6f)的电磁力波和6倍频的转矩脉动，尤其是永磁磁场的基波（幅值最大）和电枢磁场的-1.25（占比80%）谐波谐波所贡献的(-2,2f)，而电枢磁场中的-5、7谐波占比相对较小，有助于大大削弱6倍频转矩脉动及总的转矩脉动。