永磁电机设计的关键技术：分数槽绕组/退磁计算/扁线绕组仿真计算

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导读：分数槽绕组、退磁计算和扁线绕组仿真计算是电机设计中的关键步骤，涉及到电机的性能、效率和可靠性等方面。先前笔者已分享过RMxprt电机设计精讲课程、Maxwell全变量尺寸建模课程、Maxwell永磁电机仿真计算相结合，感兴趣的朋友可以查看。而今天我想和朋友们继续分享分数槽绕组/退磁计算/扁线绕组仿真计算那些事。

一、写在文前

所谓分数槽绕组是一种特殊的绕组结构，其每极每相槽数为分数。这种绕组结构能够产生特定的磁场分布，从而改善电机的某些性能，如转矩脉动、齿槽转矩和效率等。分数槽绕组的设计需要考虑多个因素，如极槽配合、谐波特征、电磁力波、齿槽转矩、转矩脉动等。通常通过电磁仿真软件进行模拟和优化，以获得最佳的绕组结构和性能。

视频课程节选-分数槽绕组相带划分及绕组排布

在电机在运行过程中，由于退磁电流和永磁体温度的影响，可能会导致永磁体发生不可逆退磁。退磁会严重影响电机的性能和可靠性。所以退磁计算的主要目的是评估电机在不同运行条件下的抗退磁能力，并确定电机设计的合理性和可靠性。计算过程中需要考虑多种因素，如永磁体的材料、尺寸、磁化方式和电机的运行工况等。常用的退磁计算方法包括经验公式法、有限元法和磁路法等。这些方法可以预测电机在不同运行条件下的退磁程度，并为电机的设计和优化提供指导。

视频课程节选--退磁计算之以内禀矫顽力定义永磁体磁性能

最后，相比于圆线绕组，扁线绕组的导体截面呈扁平状，具有更高的填充系数和更好的散热性能。扁线绕组在新能源汽车、风力发电等领域得到广泛应用。因而扁线绕组仿真计算的主要目的是评估其在电机中的性能表现，如电阻、电感、电磁力和热性能等。仿真计算过程中需要考虑导体的材料、尺寸、排列方式和绝缘等因素。常用的扁线绕组仿真计算方法包括二维和三维有限元法、等效电路法等。这些方法可以预测电机在不同运行条件下的性能表现，并为电机的设计和优化提供依据。

视频课程节选-扁线绕组仿真计算之2D扁线电机全参建模

总而言之，分数槽绕组、退磁计算和扁线绕组仿真计算是电机设计中的关键步骤。电机设计工程师可以通过合理的设计和计算，获得性能优良、可靠性高的电机产品。为此笔者原创最新发布的仿真秀视频教程《Maxwell 2D/3D永磁电机分数槽绕组/退磁计算/扁线绕组仿真计算54讲》。它可与笔者原创的 RMxprt电机设计精讲课程、Maxwell全变量尺寸建模课程、Maxwell永磁电机仿真计算相结合，逐步构建起电机电磁设计的独立能力。

二、分数槽绕组/退磁计算/扁线绕组仿真计算

《Maxwell 2D/3D永磁电机分数槽绕组/退磁计算/扁线绕组仿真计算54讲》课程内容主要在Maxwell 2D/3D环境下进行，包含三个主题：电枢绕组（整数槽绕组&分数槽绕组）谐波特征、永磁电机退磁计算、2D/3D永磁扁线电机全变量参数建模及扁线绕组计算。

相比于整数槽绕组，分数槽绕组的绕组分布以及谐波特征更为复杂，此外对于一个给定的极槽配合，我们难以从极数和槽数这两个数字上来判断出三相绕组是否对称，在本门课程的第1.2.3和1.2.1章节中分别介绍了分数槽绕组的对称条件以及相带的划分。以8p36s极槽为例，其每极每相槽数为：

根据分数槽绕组的对称条件，可知：

对称分数槽绕组可能得到的最多并联支路数为：

当实际支路数，且

时，8p36s就可以构成对称的三相绕组。

每极每相槽数可进一步写为：

即在2个极下每相共有3个槽，其中1个极下每相为2个槽，另一个极下则是1个槽，也即每一个极下每相所占槽数是互不相等的。一般所说的分数槽绕组的每极每相槽数，实际是指平均值而言。

下面给出循环数序的简化计算方法：

第一步：根据每极每相槽数，依次算出……直到的值；

第二步：再取前面个分数的整数部分并加上1，并以0作为第一项；

然后依次把第二行数字中的第二项减去第一项，第三项减去第二项，……，所得个数字即为循环数序；

以8p36s为例：

表1 计算循环数据

可得8p36s的循环数序为21，共有

个数字。如果根据上表得到的循环数序为21121121，那么可以截取21121121中的任意一段作为循环数序，但是数字前后的次序不能改变，如可以为11211212、12112121。

表2为根据循环数序21得到8p36s的绕组分布，当然也可以根据循环数序12得到其绕组分布，如表3所示。

表2 相带划分（循环数序可以为21）

表2 相带划分（循环数序可以为12）

根据表2和表3可以分别绘制出三相电动势相量图，分别如图1和图2所示，可知两种方式均可以得到对称的三相绕组。

图1 三相电动势相量图（循环数序21）

图2 三相电动势相量图（循环数序12）

使用RMxprt模块可以对8p36s的绕组分布进行验证，如图3所示，单元电机的槽数为9槽，RMxprt计算结果给出了9个槽的绕组分布，其分布规律为2(AA)1(Z)2(BB)1(X)2(CC)1(Y)，正是采用循环数序21的绕组分布结果。

图3 RMxprt-绕组分布

图4 RMxprt-绕组连接图

使用循环数序的概念对分数槽绕组进行相带的划分比较清晰、简单、明确，尤其在对极槽数比较多的配合中，特别实用，如14p102s、48p540s、56p456s。

三、我的永磁电机视频教程

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该课程将电机基本理论与仿真计算相结合，主要涵盖电枢磁场谐波次数&谐波绕组系数（短距系数/分布系数）&谐波占比之统一计算公式、永磁体退磁计算、3D电机全参建模及扁线绕组仿真计算；学习者可对电机内部的电磁关系理解更加深刻，以电磁关系指导学习者如何正确的进行软件设置；可大大提升学习者软件仿真计算能力，使软件真正为学习者所用，学习者天马行空的设计理念得以仿真体现。