电机振动噪声（NVH）——整数槽和分数槽谐波分析
作者：互联网
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前言
本来打算顺着径向力的分类继续推导电磁力的阶数和频率的，在分析定子电枢绕组产生的磁动势空间阶数的时候，整数槽和分数槽的表现并不一致。于是被定子整数槽和分数槽之间的差异给困住了，就先学习了一下两者在空间阶数上的区别。这点说清楚了，之后的理论推导就有底气。前一篇的内容链接如下：
https://blog.csdn.net/weixin_43210097/article/details/120678051?spm=1001.2014.3001.5501正文
整数槽和分数槽是通过每极每相槽数来区分的：
Q是电机槽数，p极对数，m是相数。计算出来q是分数就称为分数槽电机，是整数就是整数槽电机。
问题引入
在诸自强老师编写的《电机噪声的分析和控制》书中，认为分数槽绕组产生的定子谐波次数，和整数槽绕组产生的谐波次数不同。并分别给出了对应的表达式，可惜没有推导过程。在其他关于电机振动噪声的文献中，一部分没有对定子谐波的取值做区分，采用n进行替代推导（跟我上一篇博客一致），另一部分虽然给出了取值，但是采取的是理想整距绕组的电流产生磁动势的表达式，没有对整数槽和分数槽进行区分。有文献对两者进行对比的，没有从数学上进行推导，直接给出了仿真和实验结果。我会继续多阅读一些这方面的文献，在写这篇博客的时候，我又找到了诸自强教授发表的一些文献，对这个问题做了一些讨论，希望能有些启发。
已有文献的情况让我很困惑，既然大家都有共识，认为分数槽和整数槽是有差异的，为什么有的避而不谈，有的却浅尝辄止。反正没把这个问题给说明白。
思路整理
通过这个小标题就已经看出来了，我也没弄明白（捂脸）。但是在这方面有了一些阶段性的认识，这篇博客主要目的还是为了整合思路，否则思绪又乱了。
通过两个例子来说一下我的理解吧，分别是8极9槽和8极48槽的电机。为什么说分数槽电机的谐波大，而整数槽电机气隙磁场正弦性比分数槽的就要好？我之前把关注点集中在定子上了，而忽略 了电机整体的磁场其实是由定转子相互作用产生的，因此陷入了瓶颈。
先给出仅仅是定子通电的情况下，电机磁场的分布情况，此时将永磁体材料置为air。
8极9槽
8极48槽
两者磁密的绝对值存在差异，是因为两个电机设计时给的匝数不一样导致的。从这两者的磁密分布情况来看，槽数较少的分数槽电机，由于绕组在空间上对称分布，分别分布在电机的某一区域，通入三相对称电流时会出现在电机某一空间区域磁密大，而剩余区域磁密小的情况，即电机整体磁密分布不均。而对于整数槽电机而言，虽然绕组也呈现出空间上的对称分布，却是均匀地分布在电机整体区域的，所以电机的磁密分布较为均匀。
直观感受就是这样，分数槽的磁密分布不均，而整数槽看上去就比较顺眼。下面分别给出两者磁密随空间位置（机械角度）的波形。
8极9槽
8极48槽
波形的结果与我们看到的磁密分布是一致的，一个整数槽磁密分布周期性强，分数槽就差强人意了。这个结果不应该仅仅盯着定子来看，我们说分数槽电机磁密正弦性不好，不是因为它定子侧产生的磁密波形没有周期性，而是因为它定子侧的磁动势在空间上是不均匀的，跟转子磁场不是对应的，这样跟转子侧产生的磁势叠加，综合的波形就不好看，这个叠加后的磁场，才是我们分析振动噪声问题真正关心的。
接下来就看看两者叠加后的波形吧：
8极9槽
8极48槽
这两张是有限元仿出来的原始数据，没有经过任何数据处理。纵坐标单位不一样的，大家别去看磁密的绝对数值了，主要目的是观察波形，横坐标依然是空间机械角度，这两张图的对比结果就很明显了，同样是8极电机，8极9槽的空间磁密分布，由于定子磁场和转子磁场分布不对应，两者叠加后导致波形周期性很差。而8极48槽的磁场叠加后，每个极下的磁密分布近乎是一模一样的。
最后，对原始数据针对空间角度做了FFT，如下图所示：
8极9槽
8极48槽
直流分量不予讨论，从两者的FFT结果就可以看出两者的正弦性差异。8极9槽由于波形周期性差，存在一些低阶的谐波，主要谐波集中在8和9的倍数上，有9的倍数是因为定子槽数为9且定子磁场与转子磁场空间分布不一致，所以分解后存在9的倍数次的谐波。与之对比，8极48槽的FFT结果就清爽得多了。定转子磁场分布一致，而磁极数量为8，其谐波都是8的倍数。
最后的话
这篇博客没有给出结论性的观点，仅仅是对目前观察到的现象做一个记录。我现在的观点是，既然最终关心的是叠加后的磁场，那么对于分数槽电机而言，单独去讨论它的定子侧磁场的谐波情况，意义不大。这个观点我会继续和老师同学们讨论，争取能清晰地把这一部分内容给表述出来。
极槽配合的水很深很深。。。。。。
标签：分数,谐波分析,电机,磁密,整数,磁场,定子,NVH 来源： https://blog.csdn.net/weixin_43210097/article/details/120807164