轉子齒數

概念

轉子齒數依據步進電動機定轉子鐵芯的段數來計算，定轉子鐵芯的段數分為單段式和多段式兩種。單段式是定轉子為一段鐵芯，由於各相繞組沿圓周方向均勻排列，所以又稱為徑向分相式，它是步進電動機中使用最多的一種結構形式，為三相反應式步進電動機。定轉子鐵芯由矽鋼片疊壓而成，定子磁極為凸極式，磁極的極面上開有小齒。定子上有三套控制繞組，每一套有兩個串聯的集中控制繞組，分別繞在徑向相對的兩個磁極上，每套繞組叫一相，三相繞組接成星形，所以定子磁極數通常為相數的兩倍。轉子上沒有繞組，沿圓周也有均勻的小齒，其齒距和定子磁極上小齒的齒距必須相等，而且轉子的齒數有一定的限制。這種結構形式的優點是製造簡便，精度易於保證，步距角可以做得較小，容易得到較高的啟動和運行頻率。其缺點是在電機的直徑較小而相數又較多時，沿徑向分相較為困難，消耗功率大，斷電時無定位轉矩。

多段式是定轉子鐵芯沿電機軸向按相數分成m段。由於各相繞組沿著軸向分布，所以又稱為軸向分相式。按其磁路的結構特點有兩種：一種是主磁路仍為徑向，另一種是主磁路包含有軸向部分。多段式徑向磁路步進電動機的結構，每一段的結構和單段式徑向分相結構相似。通常每一相繞組在一段定子鐵芯的各個磁極上，定子的磁極數從結構合理考慮決定，最多可以和轉子齒數相等。定轉子鐵芯的圓周上都有齒形相近和齒距相同的均勻小齒，轉子齒數通常為定子極數的倍數。定子鐵芯或轉子鐵芯每相鄰兩段沿圓周錯開1/m齒距，此外，也可以在一段鐵芯上放置兩相或三相繞組。定子鐵芯或轉子鐵芯每相鄰兩段要錯開相應的齒距，這樣可增加電機製造的靈活性。多段式結構的共同特點是鐵芯分段和錯位裝配工藝比較複雜，精度不易保證。特別對步距角較小的電機更是困難，但步距角可以做的很小，啟動和運行頻率較高，對軸向磁路的定子空間利用率高，環形控制繞組繞制方便，轉子的慣量較低。

轉子齒數對磁通切換電機諧波特性影響分析

永磁電機與電勵磁式電機相比，沒有勵磁線圈，使得整個電機結構簡單，運行可靠性提高，電機維護成本相對較低，同時沒有勵磁損耗。永磁電機因其功率密度高，在工業各個領域有著廣泛的套用。

現有永磁電機多為轉子永磁式結構，永磁體均為表貼式或內嵌式結構，與轉子一起旋轉運動提供旋轉磁場。對於高速旋轉的永磁電機而言，轉子式永磁結構使永磁體處於高速運動狀態，永磁體相對轉子有較大的離心力，對永磁體的安裝和固定提出了更高的要求；其次，轉子旋轉過程中溫升過高，對永磁體的工作點造成影響，嚴重時會使得永磁體發生不可逆退磁。

磁通切換電機由於其獨特的拓撲結構可以規避傳統永磁電機存在的上述問題。其結構與傳統永磁電機的區別在於：其永磁體和電樞線圈均置於定子側，避免了轉子旋轉導致永磁體離心力過大，進而降低了永磁體安裝和固定的要求；同時也避免了轉子溫升過高對永磁體造成的惡劣影響。磁通切換電機的聚磁效應使其功率密度比普通永磁電機功率密度高，在電動汽車和航空等領域有著較好的套用前景。

關於磁通切換電機的報導研究主要集中在電機拓撲結構、最佳化設計、電磁特性以及損耗方面。關於磁通切換電機諧波特性的分析研究也有涉獵，但基於轉子齒數的諧波特性研究鮮有報導。研究在傳統磁通切換電機的基礎上，提出了一種改變轉子齒數的方法，最佳化磁通切換電機的諧波特性。分析結果表明不同的轉子齒數對電機磁鏈和反電動勢的諧波特性有著重大影響。